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鄭在奮斗木蟲 (正式寫手)
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[交流]
新型電解液添加劑提升NMC532材料循環(huán)性能 已有6人參與
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三元材料是目前動(dòng)力電池常用的正極材料之一，特別是NMC材料由于成本低、容量高的優(yōu)點(diǎn)，更是成為了動(dòng)力電池廠家追逐的明星材料。但是NMC材料循環(huán)性能較差，特別是高鎳含量的NMC材料循環(huán)較差，嚴(yán)重影響了三元材料電池的使用壽命，限制了其在汽車上的應(yīng)用。 相關(guān)研究顯示，NMC材料循環(huán)壽命差主要與過(guò)渡金屬的溶解有關(guān)，特別是Mn元素的溶解會(huì)對(duì)電池造成嚴(yán)重的影響。Mn元素的溶解不僅會(huì)造成正極材料的結(jié)構(gòu)破壞，穩(wěn)定性降低，溶解的Mn元素在負(fù)極沉積， Mn元素會(huì)促進(jìn)電解液的分解，導(dǎo)致SEI膜的增厚，從而使得負(fù)極的阻抗上升、庫(kù)倫效率下降，從而造成電池的循環(huán)性能下降。 提升NMC材料循環(huán)性能的手段主要分為兩大類：表面包覆類和元素?fù)诫s類。其中表面包覆又分為材料自身包覆處理(例如AlPO4)和電解液添加劑形成正極表面包覆層兩種方法。元素?fù)诫s是通過(guò)摻入少量的金屬元素，提高NMC材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少過(guò)渡元素的溶解。 近日，華南師范大學(xué)的Haibo Rong等人研發(fā)了一種全新的電解液添加劑，僅需要添加0.25%就能夠顯著的改善NMC532材料在高電壓下的循環(huán)穩(wěn)定性。該種添加劑能夠同時(shí)在正極和負(fù)極上形成保護(hù)膜，為電極提供保護(hù)，從而有效的減少了過(guò)渡金屬的溶解和電解液的分解，提高了電池的循環(huán)性能。 Haibo Rong利用石墨/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2電池，研究了一種全新的電解液添加劑1,10-硫酰二咪唑(SDM)在4.5V電壓下的性能。EC、EMC和DEC以質(zhì)量比3：5：2配制的電解液作為對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組電解液在上述電解液的基礎(chǔ)上添加了一定量的SDM。 循環(huán)伏安掃描顯示SDM在3.8V就開始分解，而電解液則需要在4.5V才開始分解，從而能夠先于電解液發(fā)生氧化起到保護(hù)電解液的作用。 在還原的過(guò)程中SDM在1.3-1.5V就開始分解，在石墨表面形成SEI膜，從而抑制了電解液在0.5V左右的分解。從電池的循環(huán)結(jié)果上可以看到0.25%的SDM顯著的改善了電池的循環(huán)性能，50次循環(huán)容量保持率可達(dá)96.9%，但是當(dāng)添加量提高到0.5%時(shí)，電池的容量保持率僅有87.9%，但是仍然高于對(duì)照組電解液的73.1%。 但是由于SDM的分解，會(huì)造成電池的首次效率輕微的下降，對(duì)照組的首次效率為72.75%，SDM添加量為0.25%和0.5%的實(shí)驗(yàn)組的首次效率分別為70.86%和63.35%，但是在循環(huán)后期，實(shí)驗(yàn)組的庫(kù)倫效率要明顯高于對(duì)照組電池。同時(shí)SDM的使用減少了NMC532材料在循環(huán)過(guò)程中的容量損失和電壓衰降。 交流阻抗顯示通過(guò)添加SDM，電池的阻抗明顯的下降，表明SDM添加劑通過(guò)在正負(fù)極成膜可以顯著減少電解液的分解，降低電池的阻抗。同時(shí)SDM也能顯著的改善NMC電池的高溫存儲(chǔ)性能，充電至4.5V，在55℃下進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)照組電池在開始的時(shí)候電壓均勻下降，但是從第17天開始，電壓突然從4.3V下降到0.7V，而添加SDM添加劑的實(shí)驗(yàn)組電池則未發(fā)生電壓突降。 SDM通過(guò)在正極和負(fù)極同時(shí)成膜，保護(hù)了正極和負(fù)極材料，減少了電解液的氧化分解和還原分解，提高了電池的循環(huán)性能。SDM在正極成膜能夠很好的保護(hù)高鎳正極材料，減少NMC532材料在高溫下過(guò)渡金屬元素的溶解，從而提高電池的高溫存儲(chǔ)性能。 2.png 1.png |
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