Single Versus Blended Electrolyte Additives: Impact of a Sulfur-Based Electrolyte Additive on Electrode Cross-Talk and Electrochemical Performance of LiNiO2||Graphite Cells
Tlenek niklowo- litowy (LNO) jest atrakcyjnym materiałem aktywnym elektrody dodatniej w akumulatorach litowo-jonowych (LIB) ze względu na wysoką odwracalną pojemność właściwą oraz brak kobaltu. Niestety LNO jest podatny na niestabilności strukturalne, które prowadzą do szybkiego zaniku pojemności, problemów z bezpieczeństwem oraz, niższego napięcia pracy ogniwa w porównaniu do mieszanek zawierających kobalt, co dotychczas ograniczało jego zastosowanie.
W niniejszej pracy zastosowano jako dodatek do elektrolitu organiczny związek siarki, benzo[d][1,3,2]dioksatiol 2,2-dioksyd (DTDPh). Miało to na celu stabilizację elektrody LNO poprzez wytworzenie stabilnej warstwy międzyfazowej elektroda – elektrolit. Zbadano eksperymentalnie wpływ DTDPh na skład warstwy międzyfazowej, wykorzystując uzupełniające się techniki elektrochemiczne i spektroskopowe. Wykazano, że dodatek DTDPh powoduje poprawę wydajności cyklicznej ogniwa pracującego w trybie galwanostatycznym, zarówno pod względem czasu życia liczby cykli ładowania-rozładowania, jak i osiągalnej pojemności właściwej rozładowania. Uzyskane wartości znacznie przewyższają parametry osiągane dla powszechnie stosowanego dodatku tworzącego film ochronny – węglanu winylu (VC). Liczba cykli pracy ogniowa wzrosła ze 102 do 147 w porównaniu do elektrolitu bazowego, a skumulowana energia rozładowania do końca pracy ogniwa wzrosła o 45%.
Prowadzone badania dostarczyło także dowodów na znaczące negatywne interakcje między DTDPh a VC, gdy oba dodatki stanowią komponenty elektrolitu. Analiza mechanistyczna oparta na obliczeniach z wykorzystaniem teorii funkcjonału gęstości (DFT) sugeruje powstawanie mobilnych cząstek poli(VC), co dodatkowo zostało potwierdzone wynikami analizy post mortem otrzymanych warstw międzyfazowych.
Artykuł:
Advanced Energy Materials
Autorzy z PW:
Władysław Wieczorek, Marcin Poterała
Dyscyplina:
Rok wydania: