Li2CO3作电解液添加剂对NCM523∥石墨电池高压性能的影响

发布网友发布时间：2024-10-22 13:03

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热心网友时间：2024-11-07 11:36

在高能量应用中占据主导地位的锂离子电池（LIB）持续寻求性能提升。本文探讨了Li2CO3作为电解液添加剂对NCM523||石墨电池在高压（HV）下表现的影响，由Sven Klein等人在明斯特大学的研究中发表。

传统NCM阴极材料在低截止电位下性能受限。为提高能量密度，研究者寻求通过提高电池电压来提升脱锂程度。然而，这导致过渡金属(TMs，如Co2+、Ni2+、Mn2+)溶解并迁移至石墨表面，引发SEI增厚和锂枝晶形成，从而引发(微)短路。为改善HV-LIB性能，通常使用电解液添加剂来减少电解质与电极直接接触，如LiDFP。

研究发现，在4.5V下，1 wt% Li2CO3被引入标准电解液（STD）中，虽然在20℃静置后的充放电性能与STD相近，但TM沉积和锂枝晶形成的问题仍然存在。然而，当电解液在40℃储存时，添加Li2CO3后，循环性能显著改善，100次循环后容量保持率约95%，且石墨阳极表面更清洁，无明显锂枝晶。

作者通过SEM-EDX分析和XPS研究证实，Li2CO3在40℃下的反应可能生成了有益的新型电解质添加剂，如LiF、CO2和LiDFP。LiDFP有效抑制了阳极侧Ni、Co的沉积，降低了Mn的沉积，这一过程可能涉及Li2CO3与LiPF6的反应。进一步实验表明，Li3PO4作为LiDFP的分解产物，具有清除阳极表面TM离子的能力。

综上，Li2CO3在碳酸酯电解液中，尤其在40℃储存条件下，通过原位生成的LiDFP对NCM523||石墨电池的高压性能具有显著的积极影响，为未来高压电池设计提供了新的思路。研究结果表明，优化添加剂浓度和类型，以增强对TM阳离子的清除能力，将是提高高压NCM∥石墨电池性能的关键。