ESM: Hangaia-i roto i te atanga ultra-whakariterite o te electrolyte perfluorinated mo nga pākahiko lithium kaha-nui.

Papamuri Rangahau

I roto i nga pākahiko lithium-ion, ki te whakatutuki i te whainga o te 350 Wh Kg-1, ka whakamahia e te rauemi cathode te waikura paparanga nickel-rich (LiNixMnyCozO2, x+y+z=1, e kiia nei ko NMCxyz). Na te pikinga o te kiato o te kaha, ko nga aitua e pa ana ki te rerenga waiariki o nga LIB kua aro te tangata. Mai i te tirohanga rawa, he nui nga take haumarutanga o nga hiko hiko-nui-a-nika. I tua atu, ka taea e te oxidation/crosstalk o etahi atu waahanga pākahiko, penei i te wai pararopi me nga hiko kino, ka taea hoki te whakaoho i te rere waiariki, e kiia ana ko te take matua o nga raru haumaru. Ko te hanga i roto i te waahi ka taea te whakahaere i te atanga electrode-electrolyte pumau ko te rautaki tuatahi mo te whakatipuranga e whai ake nei o nga pākahiko lithium-kaha-kaha teitei. Ko te mea motuhake, ka taea e te katote-hikohiko-hiko (CEI) totoka me te matoka me te teitei o te waiariki i nga waahanga pararopi te whakaoti i te raru haumaru ma te aukati i te tuku o te hāora. I tenei wa, kaore he rangahau mo nga rauemi kua whakarerekehia e te katote CEI me te haumaru o te papahiko.

Whakaaturanga paetae

I tata nei, ka whakaputahia e Feng Xuning, Wang Li, me Ouyang Minggao o te Whare Wananga o Tsinghua tetahi pepa rangahau e kiia ana ko "In-Built Ultraconformal Interphases Enable High-Safety Practical Lithium Batteries" i runga i nga Rawa Putunga Pungao. I arotakehia e te kaituhi te mahi haumaru o te pākahiko NMC811/Gr ngawari-Kikī me te pumau o te waiariki o te hikohiko CEI pai. Ko te tikanga whakakore i te waiariki i waenga i te papanga me te pākahiko ngohe ngohe kua tino rangahaua. Ma te whakamahi i te electrolyte perfluorinated kore- mura, i whakaritea he pākahiko momo putea NMC811/Gr. Ko te pumau o te waiariki o NMC811 i pai ake e te paparanga whakamarumaru CEI i hangaia i roto i te waahi he nui te LiF parakore. Ka taea e te CEI o te LiF te whakaiti i te tuku o te hāora na te huringa o te wahanga me te aukati i te tauhohenga o waho i waenga i te NMC811 harikoa me te electrolyte fluorinated.

Aratohu whakairoiro

Whakaatu 1 Whakatauritenga o nga ahuatanga oma wera o te NMC811/Gr putea-momo pukoro ki tonu i te whakamahi i te electrolyte perfluorinated me te electrolyte tikanga. I muri i te huringa kotahi o nga tikanga tuku iho (a) EC/EMC me (b) FEC/FEMC/HFE momo peeke electrolyte perfluorinated nga pākahiko. (c) EC/EMC electrolysis tikanga me (d) perfluorinated FEC/FEMC/HFE electrolyte pukoro-momo pūhiko tonu i muri i te 100 huringa.

Mo te pākahiko NMC811/Gr me te electrolyte tuku iho i muri i te huringa kotahi (Whakaahua 1a), kei te 2°C a T202.5. Ka puta te T2 ina heke te ngaohiko hiko-tuwhera. Heoi, ko te T2 o te pākahiko e whakamahi ana i te perfluorinated electrolyte ka tae ki te 220.2°C (Whakaahua 1b), e whakaatu ana ka taea e te perfluorinated electrolyte te whakapai ake i te haumaru waiariki o te pākahiko ki tetahi whānuitanga na te mea he teitei ake te pumau o te waiariki. Ka pakeke haere te pākahiko, ka heke te uara T2 o te pākahiko electrolyte tuku iho ki te 195.2 °C (Whakaahua 1c). Engari, kaore te tukanga tawhito e pa ki te T2 o te pākahiko ma te whakamahi i nga electrolytes perfluorinated (Whakaahua 1d). I tua atu, ko te nui o te uara dT/dt o te pākahiko e whakamahi ana i te electrolyte tuku iho i roto i te TR ka rite ki te 113°C s-1, ko te pākahiko e whakamahi ana i te perfluorinated electrolyte he 32°C s-1 anake. Ko te rereketanga i roto i te T2 o nga pākahiko tawhito ka taea te kii ki te pumau tonu o te waiariki o te NMC811 harikoa, ka whakahekehia i raro i nga electrolytes tikanga, engari ka taea te pupuri i raro i nga electrolytes perfluorinated.

Whakaahua 2 Te mau tonu o te whakamaaramatanga NMC811 hiko pai me te ranunga pākahiko NMC811/Gr. (A,b) Mapi ahua o te C-NMC811 me te F-NMC811 synchrotron teitei-kaha XRD me nga huringa o te teitei o te rereketanga (003). (c) Te whanonga whakawera me te tuku hāora o te hiko pai o C-NMC811 me F-NMC811. (d) Anau DSC o te ranunga tauira o te hihiko pai pai, te hiko toraro whakaahuru, me te electrolyte.

Ko nga ahua 2a me te b e whakaatu ana i nga pihi HEXRD o te ahuareka o te NMC81 me nga paparanga CEI rereke i te aroaro o nga electrolytes tikanga me te wa mai i te pāmahana rūma ki te 600°C. Ko nga hua e whakaatu marama ana i te aroaro o te electrolyte, ko te paparanga CEI kaha e pai ana ki te pumau o te waiariki o te cathode kua tukuna ki te lithium. I whakaaturia i roto i te Whakaahua 2c, ko te F-NMC811 kotahi i whakaatu he puhoi ake te tihi exothermic i te 233.8°C, i te wa i puta te tihi exothermic C-NMC811 i te 227.3°C. I tua atu, ko te kaha me te tere o te tuku hāora i puta mai i te whakawhitinga o te wahanga o C-NMC811 he kino atu i era o F-NMC811, me te whakapumau ake ko te CEI pakari ka pai ake te pumau o te waiariki o F-NMC811. Ko te Whakaahua 2d e mahi ana i te whakamatautau DSC i runga i te ranunga o te NMC811 harikoa me etahi atu waahanga pākahiko. Mo nga electrolytes tikanga, ko nga tihi exothermic o nga tauira me nga huringa 1 me te 100 e tohu ana ko te koroheketanga o te atanga tawhito ka whakaiti i te pumau o te waiariki. He rereke, mo te electrolyte perfluorinated, ko nga whakaahua i muri i nga huringa 1 me te 100 e whakaatu ana i te whanui me te ngawari o nga tihi exothermic, i runga i te taha o te pāmahana whakakorikori TR (T2). He rite tonu nga hua (Whakaahua 1), e tohu ana ka taea e te CEI kaha te whakapai ake i te pumau o te waiariki o te NMC811 me te harikoa me etahi atu waahanga pākahiko.

Whakaahua 3 Te tohu o te NMC811 paihiko pai i roto i te perfluorinated electrolyte. (ab) Ko nga whakaahua SEM whiti-wahanga o te F-NMC811 hiko pai me te mapi EDS e rite ana. (ch) Te tohatoha huānga. (ij) Whakawhiti-wahanga SEM ahua o te F-NMC811 paihiko hiko i runga i te xy mariko. (km) Te hanga hou o te hanganga 3D FIB-SEM me te tohatoha mokowhiti o nga huānga F.

Hei whakapumau i te hanganga whakahaere o te CEI fluorinated, ko te ahua-whakawhitinga me te tohatoha huānga o te NMC811 paihiko hiko tawhito kua ora ake i roto i te pākahiko ngawari-momona i tohuhia e FIB-SEM (Whakaahua 3 ah). I roto i te electrolyte perfluorinated, ka hangaia he paparanga CEI fluorinated i runga i te mata o F-NMC811. Engari, ko te C-NMC811 i roto i te electrolyte tikanga kaore he F me te hanga i tetahi paparanga CEI koretake. Ko te ihirangi huānga F i runga i te waahanga-whiti o F-NMC811 (Whakaahua 3h) he teitei ake i tera o C-NMC811, e whakaatu ana ko te hanga i roto-tu o te mesophase fluorinated pararopi ko te matua ki te pupuri i te pumau o te NMC811 koa. . Ma te awhina o te mapi FIB-SEM me te EDS, e whakaatuhia ana i te Whakaahua 3m, he maha nga waahanga F i kitea i te tauira 3D i runga i te mata o F-NMC811.

Whakaatu 4a) Te tohatoha hōhonutanga huānga ki runga i te mata o te hiko NMC811 pai me te harikoa. (ac) Ko te FIB-TOF-SIMS e pupuhi ana i te tohatoha o nga huānga F, O, me Li i roto i te hiko pai o NMC811. (df) Te ahua o te mata me te tohatoha hohonu o nga huānga F, O, me Li o NMC811.

I whakaatu ano a FIB-TOF-SEM i te hohonutanga o te tohatoha o nga huānga i runga i te mata o te electrode pai o NMC811 (Whakaahua 4). I whakaritea ki nga tauira taketake me te C-NMC811, he nui te pikinga o te tohu F i kitea i te paparanga mata o runga o F-NMC811 (Whakaahua 4a). I tua atu, ko nga tohu ngoikore O me nga tohu Li teitei i runga i te mata e whakaatu ana i te hanganga o nga paparanga CEI F- me Li-taonga (Whakaahua 4b, c). Ko enei hua katoa i whakapumau ko F-NMC811 he paparanga CEI taonga-LiF. Ka whakatauritea ki te CEI o C-NMC811, kei roto i te paparanga CEI o F-NMC811 etahi atu huānga F me Li. I tua atu, e whakaatuhia ana i te FIGS. 4d-f, mai i te tirohanga o te hohonu o te katote, he pakari ake te hanganga o te NMC811 taketake i tera o te NMC811 e koa ana. He iti ake te hohonutanga o te F-NMC811 tawhito i te C-NMC811, ko te tikanga he tino pai te hanganga o te F-NMC811.

Whakaatu 5 CEI hanganga matū i runga i te mata o te hiko pai o NMC811. (a) XPS tūāwhiorangi o NMC811 paihiko hiko CEI. (bc) XPS C1s me F1s hihinga o te taketake me te koa NMC811 electrode pai CEI. (d) Karuoro irahiko whakawhiti tangi: tohatoha huānga o F-NMC811. (e) te ahua TEM whakatio o CEI i hanga i runga i te F-NMC81. (fg) STEM-HAADF me STEM-ABF whakaahua o C-NMC811. (hi) STEM-HAADF me STEM-ABF whakaahua o F-NMC811.

I whakamahia e ratou te XPS hei tohu i te hanganga matū o CEI i NMC811 (Whakaahua 5). Kaore i rite ki te C-NMC811 taketake, kei roto i te CEI o F-NMC811 he F nui me te Li engari he iti C (Whakaahua 5a). Ko te whakahekenga o nga momo C e tohu ana ka taea e te CEI taonga-LiF te tiaki i te F-NMC811 ma te whakaiti i nga tauhohenga taha mau tonu me nga electrolytes (Whakaahua 5b). I tua atu, ko te iti ake o te CO me te C=O e tohu ana he iti te solvolysis o F-NMC811. I roto i te F1s spectrum o XPS (Whakaahua 5c), i whakaatu a F-NMC811 i te tohu LiF kaha, e whakau ana kei roto i te CEI te nui o te LiF i ahu mai i nga whakarewa fluorinated. Ko te mahere o nga huānga F, O, Ni, Co, me Mn i te takiwa o te rohe i runga i nga matūriki F-NMC811 e whakaatu ana he rite te tohatoha o nga korero ki te katoa (Whakaahua 5d). Ko te ahua TEM iti-mahana i te Whakaahua 5e e whakaatu ana ka taea e te CEI te mahi hei paparanga whakamarumaru ki te kapi rite te NMC811 hiko pai. Hei whakapumau ano i te whanaketanga o te hanganga o te atanga, i mahia nga whakamatautau mo te matawai irahiko hiko (HAADF-STEM me te matawai matawai atanga porowhita teitei o te mara pouri. -NMC811), Ko te mata o te hiko hiko huri noa kua puta he huringa nui o te wahanga, a ka whakaemihia te wahanga tote toka pakaru i runga i te mata o te hiko pai (Whakaahua 5f) Mo te perfluorinated electrolyte, te mata o te F-NMC811 Ko te hiko pai e mau tonu ana te hanganga paparanga (Whakaahua 5h), e tohu ana i te kino Ka tino pehia te wahanga I tua atu, i kitea he paparanga CEI rite ki te mata o F-NMC811 (Whakaahua 5i-g). Paparanga CEI i runga i te mata hiko pai o NMC811 i roto i te perfluorinated electrolyte.

Whakaatu 6a) TOF-SIMS tuāwhiorangi o te wāhanga interphase i runga i te mata o te NMC811 electrode pai. (ac) Te tātari hōhonu o ngā mongamonga katote tuarua motuhake i runga i te hiko pai o NMC811. (df) TOF-SIMS tuāwhiorangi matū o te mahanga katote tuarua i muri i te 180 hēkona o te pupuhi i runga i te taketake, C-NMC811 me F-NMC811.

Ko nga kongakonga-C2F e kiia ana he matū waro o CEI, a ko nga wahanga-LiF2- me PO2 ka kiia he momo pararopi. Ko nga tohu tino whakarei ake o LiF2- me PO2- i whiwhi i te whakamatautau (Whakaahua 6a, b), e tohu ana kei te paparanga CEI o F-NMC811 te maha o nga momo parakore. Engari, ko te C2F-tohu o F-NMC811 he ngoikore ake i tera o C-NMC811 (Whakaahua 6c), ko te tikanga kei roto i te paparanga CEI o F-NMC811 nga momo waro ngoikore. Ko etahi atu rangahau i kitea (Whakaahua 6d-f) he maha ake nga momo pararopi kei roto i te CEI o F-NMC811, i te mea he iti ake nga momo pararopi kei C-NMC811. Ko enei hua katoa e whakaatu ana i te hanganga o te paparanga CEI tino parakore i roto i te electrolyte perfluorinated. Ka whakatauritea ki te NMC811/Gr pākahiko ngohengohe ma te whakamahi i te electrolyte tuku iho, ko te whakapai ake i te haumaru o te pākahiko ngawari-momo ma te whakamahi i te electrolyte perfluorinated ka taea te kii ki: Tuatahi, ko te hanga i roto i te waahi o te paparanga CEI e whai hua ana ki te LiF parakore. Ko te mau tonu o te waiariki o te hiko pai o te NMC811 ka whakaiti i te tukunga o te hāora mahanga na te huringa o te wahanga; tuarua, ko te paparanga whakamarumaru CEI pararopi totoka ka aukati atu i te whakakorenga tino tauhohenga NMC811 mai i te whakapā atu ki te electrolyte, ka whakaheke i te tauhohenga taha exothermic; tuatoru, Ko te electrolyte perfluorinated he teitei te waiariki i nga wera teitei.

Te Whakamutunga me te Tirohanga

I whakaatu tenei mahi i te whakawhanaketanga o te pākahiko momo putea Gr/NMC811 e whakamahi ana i te electrolyte perfluorinated, i tino pai ake te mahi haumaru. Pumautanga waiariki o roto. He rangahau hohonu mo te tikanga aukati TR me te hononga i waenga i nga rawa me nga taumata pākahiko. Ko te tukanga pakeketanga karekau e pa ki te pāmahana keu TR (T2) o te pākahiko electrolyte perfluorinated i roto i te tupuhi katoa, e kitea ana nga painga ki runga i te pākahiko tawhito ma te whakamahi i te electrolyte tuku iho. I tua atu, ko te tihi o waho e rite ana ki nga hua TR, e tohu ana ko te CEI kaha e pai ana ki te pumau o te waiariki o te electrode pai-kore lithium me etahi atu waahanga o te pākahiko. Ko enei hua e whakaatu ana ko te hoahoa mana i roto i te waahi o te paparanga CEI pumau he mea nui hei arahi mo te whakamahinga o nga pākahiko lithium kaha-kaha ake.

Nga korero tuhinga

Nga Waahanga Ultraconformal i Roto ki te Whakahohe i nga Pikohiko Lithium Practical-Haumaru-Haumaru, Nga Rawa Putunga Pungao, 2021.