ผลของปริมาณ VC ในอิเล็กโทรไลต์ต่อลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

ไวนิลนีนคาร์บอเนต (VC) มีความสามารถในการปรับตัวที่ดีเยี่ยมทั้งกับอุณหภูมิสูงและต่ำ การเพิ่ม VC ลงในอิเล็กโทรไลต์สามารถช่วยสร้างชั้น SEI ที่เสถียรมากขึ้นบนพื้นผิวของขั้วบวกในแบตเตอรี่ลิเธียม ดังนั้น เนื้อหาของ VC จึงมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO₄) บทความนี้ศึกษาผลกระทบของปริมาณ VC ต่อประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของแบตเตอรี่ LiFePO₄ ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ-โดยเฉพาะ แบตเตอรี่ LiFePO₄ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในยานพาหนะพลังงานใหม่และระบบกักเก็บพลังงาน เนื่องจากมีความปลอดภัยสูง อายุการใช้งานยาวนาน เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และต้นทุนต่ำ อย่างไรก็ตาม พวกเขาเผชิญกับปัญหาต่างๆ เช่น ความสามารถในการคายประจุลดลงและการเก็บรักษาพลังงานลดลงที่อุณหภูมิต่ำ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ต่ำกว่า -20 องศา ) ซึ่งจำกัดการใช้งานในภูมิภาคที่มีอากาศหนาวเย็น เพื่อแก้ไขปัญหานี้ สารเติมแต่งเชิงฟังก์ชัน เช่น VC มักจะถูกเติมลงในอิเล็กโทรไลต์เพื่อปรับปรุง-การนำไอออนิกที่อุณหภูมิต่ำ ระงับปฏิกิริยาข้างเคียง และทำให้ส่วนต่อประสานของอิเล็กโทรดมีความเสถียร ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของแบตเตอรี่

ในการศึกษานี้ อิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ LiFePO₄ สี่ชนิดที่มีปริมาณ VC ต่างกัน (3.0%, 3.2%, 3.5%, 3.8%) ได้รับการเตรียมและประกอบเป็นเซลล์กระเป๋า แคโทดใช้ LiFePO₄ และแอโนดใช้กราไฟท์เทียม แบตเตอรี่ทั้งหมดได้รับการจัดเตรียมภายใต้สภาวะกระบวนการเดียวกัน และผ่านการก่อตัวและการกระจายความจุ การทดสอบเคมีไฟฟ้าดำเนินการกับแบตเตอรี่แต่ละกลุ่มที่อุณหภูมิ -30 องศา เพื่อเปรียบเทียบตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลักอย่างเป็นระบบ เช่น ความสามารถในการจ่ายกระแสไฟที่อุณหภูมิต่ำ ความต้านทานไฟฟ้ากระแสตรง (DCR) ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และอายุการใช้งานของวงจร

1. ความสามารถในการจ่ายกระแสไฟที่อุณหภูมิต่ำ-

โดยการทดสอบเส้นโค้ง CV ของแบตเตอรี่ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ-และคำนวณความจุของแบตเตอรี่จากพื้นที่รวมของเส้นโค้ง CV

เมื่อปริมาณ VC อยู่ที่ 3.5% แบตเตอรี่จะแสดงความสามารถในการคายประจุสูงสุดที่ -30 องศา (5.6 Ah) ซึ่งดีกว่ากลุ่มอื่นๆ อย่างมาก (3.0%, 3.2% และ 3.8% สอดคล้องกับ 4.6 Ah, 5.0 Ah และ 5.0 Ah ตามลำดับ) ปริมาณ VC ที่เหมาะสมสามารถลดจุดเยือกแข็งของอิเล็กโทรไลต์ เพิ่มการเคลื่อนที่ของไอออน และระงับการตกผลึกของตัวทำละลาย ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการปล่อยประจุที่อุณหภูมิต่ำ

2. ความต้านทานไฟฟ้ากระแสตรง (DCR)

การทดสอบ DCR ของแบตเตอรี่แสดงให้เห็นว่าเมื่อปริมาณ VC อยู่ที่ 3.5% DCR จะต่ำที่สุด (0.76 mΩ) ซึ่งบ่งชี้ถึงความต้านทานต่อพื้นผิวที่ต่ำกว่าและประสิทธิภาพการขนส่งลิเธียม-ที่สูงขึ้น ปริมาณ VC ที่มากเกินไป (เช่น 3.8%) ส่งผลให้ DCR เพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ว่า VC มากเกินไปอาจเพิ่มความต้านทานต่อปฏิกิริยาระหว่างผิว

3. ประสิทธิภาพพลังงานที่อุณหภูมิต่ำ-

เมื่อปริมาณ VC อยู่ที่ 3.5% แบตเตอรี่จะแสดงประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงสุดที่ -30 องศา (82.0%) ซึ่งเหนือกว่ากลุ่มอื่นๆ (72.5%~79.0%) นี่เป็นสาเหตุมาจาก VC ที่ส่งเสริมการก่อตัวของฟิล์ม SEI ที่เสถียร ลดการสูญเสียโพลาไรเซชัน และเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน

4. วงจรชีวิต

หลังจากผ่านไป 300 รอบ แบตเตอรี่ที่มีปริมาณ VC 3.5% จะแสดงการคงสภาพความจุสูงสุด (97.5%) ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่ากลุ่มอื่นๆ (90.0%~96.1%) VC สามารถซ่อมแซมข้อบกพร่องของฟิล์ม SEI แบบไดนามิกในระหว่างการปั่นจักรยาน ยับยั้งการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์และการสร้างก๊าซ ซึ่งจะช่วยยืดอายุวงจรของแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิต่ำ

เอซีย์-BA3040-20อุปกรณ์ทดสอบวงจรแบตเตอรี่ใช้เพื่อทดสอบอายุการใช้งาน ความน่าเชื่อถือ ความจุ และพารามิเตอร์อื่นๆ ของก้อนแบตเตอรี่โดยการทดสอบการชาร์จและการคายประจุแบบวงจร

• VC จะรีดิวซ์บนพื้นผิวแอโนดกราไฟท์ก่อนโมเลกุลของตัวทำละลายในระหว่างกระบวนการชาร์จและคายประจุเบื้องต้น ทำให้เกิดฟิล์ม SEI ที่มีความหนาแน่นสูงซึ่งอุดมไปด้วยส่วนประกอบอนินทรีย์ เช่น Li₂CO₃ ภาพยนตร์เรื่องนี้มีค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของลิเธียม{1}}ที่ค่อนข้างสูง

• ปริมาณ VC ที่เหมาะสมสามารถปรับโครงสร้างการละลายของอิเล็กโทรไลต์ให้เหมาะสม ลดความหนืด และปรับปรุงการนำไฟฟ้าไอออนิกที่อุณหภูมิต่ำ

• VC ที่มากเกินไปอาจนำไปสู่ฟิล์ม SEI ที่หนาเกินไปหรืออิมพีแดนซ์ที่เพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลเสียต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพจริงๆ

แม้ว่าบทความจะทำการทดลองเปรียบเทียบปริมาณ VC ที่แตกต่างกันและทำการทดสอบบางอย่าง โดยระบุเนื้อหา VC ที่เหมาะสมที่สุดในการทดลองนี้ แต่ก็ไม่ได้รวมกลุ่มควบคุมที่ไม่มี VC ดังนั้นจึงไม่สามารถสรุปได้ว่าการเพิ่ม VC จำเป็นต้องปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่