By hoppt
Ka libeteri tsa lithium-ion, ho finyella sepheo sa 350 Wh Kg-1, thepa ea cathode e sebelisa nickel-rich layered oxide (LiNixMnyCozO2, x+y+z = 1, e bitsoang NMCxyz). Ka keketseho ea matla a matla, likotsi tse amanang le ho baleha ha mocheso oa li-LIB li hohetse tlhokomelo ea batho. Ho latela pono ea lintho tse bonahalang, li-electrode tse ntle tse nang le nickel li na le litaba tse tebileng tsa polokeho. Ho feta moo, oxidation / crosstalk ea likarolo tse ling tsa betri, tse kang metsi a manyolo le li-electrode tse mpe, li ka boela tsa baka ho baleha ha mocheso, ho nkoang e le sesosa se ka sehloohong sa mathata a tšireletso. Sebopeho se laolehang sa in-situ sa sebopeho se tsitsitseng sa electrode-electrolyte ke leano le ka sehloohong bakeng sa moloko o latelang oa li-betri tsa lithium tse nang le matla a phahameng a matla. Haholo-holo, cathode-electrolyte interphase (CEI) e tiileng le e teteaneng e nang le likarolo tse sa tsitsitseng tsa mocheso tse phahameng li ka rarolla bothata ba tšireletso ka ho thibela ho lokolloa ha oksijene. Ho fihlela joale, ho na le khaello ea lipatlisiso mabapi le lisebelisoa tse fetotsoeng tsa cathode tsa CEI le polokeho ea boemo ba betri.
Haufinyane tjena, Feng Xuning, Wang Li, le Ouyang Minggao oa Univesithi ea Tsinghua ba ile ba hatisa pampiri ea lipatlisiso e nang le sehlooho se reng "In-Built Ultraconformal Interphases Enable High-Safety Practical Practical Lithium Batteries" ho Lisebelisoa tsa polokelo ea Matla. Sengoli se hlahlobile ts'ebetso ea polokeho ea betri e felletseng ea NMC811/Gr le botsitso ba mocheso oa elektrode e nepahetseng ea CEI. Mocheso oa khatello ea mocheso pakeng tsa thepa le betere ea pakete e bonolo e ithutoe ka botlalo. Ho sebelisoa electrolyte e nang le perfluorinated e sa cheng, ho ile ha lokisoa beteri e tletseng ea mofuta oa mokotla oa NMC811/Gr. Botsitso ba mocheso oa NMC811 bo ile ba ntlafatsoa ke sebaka se sirelelitsoeng sa in-situ se thehileng CEI se ruileng ka LiF ea tlhaho. CEI ea LiF e ka fokotsa ka nepo ho lokolloa ha oksijene ho bakoang ke phetoho ea mohato le ho thibela karabelo e makatsang lipakeng tsa NMC811 e thabileng le electrolyte ea fluorinated.
Setšoantšo sa 1 Papiso ea litšobotsi tsa ho baleha ha mocheso tse sebetsang tsa NMC811/Gr pouch-mofuta oa betri e tletseng e sebelisang electrolyte e nang le perfluorinated le electrolyte e tloaelehileng. Ka mor'a potoloho e le 'ngoe ea li-betri tse tletseng tsa mofuta oa electrolyte oa mofuta oa (a) EC/EMC le (b) perfluorinated FEC/FEMC/HFE electrolyte pouch. (c) Electrolysis e tloaelehileng ea EC/EMC le (d) perfluorinated FEC/FEMC/HFE electrolyte pouch-type battery e tletseng lilemo ka mor’a li-cycle tse 100.
Bakeng sa betri ea NMC811/Gr e nang le electrolyte ea setso ka mor'a potoloho e le 'ngoe (Setšoantšo sa 1a), T2 e ho 202.5°C. T2 e etsahala ha motlakase o bulehileng oa potoloho o theoha. Leha ho le joalo, T2 ea betri e sebelisang electrolyte ea perfluorinated e fihla ho 220.2 ° C (Setšoantšo sa 1b), e bontšang hore electrolyte e nang le perfluorinated e ka ntlafatsa tšireletso ea tlhaho ea mocheso oa betri ho isa tekanyong e itseng ka lebaka la botsitso ba eona bo phahameng ba mocheso. Ha betri e ntse e tsofala, boleng ba T2 ba betri ea setso ea electrolyte bo theohela ho 195.2 °C (Setšoantšo sa 1c). Leha ho le joalo, ts'ebetso ea botsofali ha e ame T2 ea betri e sebelisang electrolyte ea perfluorinated (Setšoantšo sa 1d). Ho phaella moo, tekanyo e phahameng ea dT/dt ea betri e sebelisang electrolyte ea setso nakong ea TR e phahame ho feta 113 ° C s-1, ha betri e sebelisang electrolyte ea perfluorinated ke 32 ° C s-1 feela. Phapang ho T2 ea libeteri tsa botsofali e ka bakoa ke botsitso ba tlhaho ba mocheso oa NMC811 e khahlisang, e fokotsoang tlasa li-electrolyte tse tloaelehileng, empa e ka bolokoa ka katleho tlas'a li-electrolyte tse nang le perfluorinated.
Setšoantšo sa 2 Thermal stability of delithiation NMC811 electrode positive le NMC811/Gr motsoako oa betri. (A,b) Limmapa tsa contour tsa C-NMC811 le F-NMC811 synchrotron high-energy XRD le liphetoho tse tsamaellanang le tsona (003) tsa diffraction. (c) Boitšoaro ba ho futhumatsa le ho lokolla oksijene ea electrode e ntle ea C-NMC811 le F-NMC811. (d) Lekhalo la DSC la motsoako oa sampole ea elektrode e ntle e khahlisang, electrode e mpe ea lithiated, le electrolyte.
Lipalo 2a le b li bonts'a li-curve tsa HEXRD tsa NMC81 e thabileng ka likarolo tse fapaneng tsa CEI boteng ba li-electrolyte tse tloaelehileng le nakong ea ho tloha mocheso oa kamore ho ea ho 600 ° C. Liphello li bontša ka ho hlaka hore ka pel'a electrolyte, lesela le matla la CEI le thusa ho tsitsisa ha mocheso oa cathode ea lithium-deposited. Joalo ka ha ho bonts'itsoe ho Setšoantšo sa 2c, F-NMC811 e le 'ngoe e bonts'itse tlhōrō e liehang ea mocheso ho 233.8 ° C, ha tlhoro ea C-NMC811 e hlaha ho 227.3 ° C. Ho feta moo, matla le sekhahla sa ho lokolloa ha oksijene se bakoang ke phetoho ea mohato oa C-NMC811 li matla ho feta tsa F-NMC811, ho tiisa hape hore CEI e matla e ntlafatsa botsitso ba tlhaho ba mocheso oa F-NMC811. Setšoantšo sa 2d se etsa tlhahlobo ea DSC ho motsoako oa NMC811 e thabisang le likarolo tse ling tsa betri tse tsamaellanang. Bakeng sa li-electrolyte tse tloaelehileng, litlhōrō tsa exothermic tsa lisampole tse nang le 1 le 100 cycles li bontša hore botsofali ba sebopeho sa setso bo tla fokotsa botsitso ba mocheso. Ka lehlakoreng le leng, bakeng sa electrolyte e nang le perfluorinated, litšoantšo ka mor'a 1 le 100 cycles li bontša litlhōrō tse pharaletseng le tse bonolo tsa exothermic, ho latela mocheso oa TR trigger (T2). Liphetho (setšoantšo sa 1) lia lumellana, li bontša hore CEI e matla e ka ntlafatsa ka katleho botsitso ba mocheso oa NMC811 ea khale le e thabileng le likarolo tse ling tsa betri.
Setšoantšo sa 3 Tlhaloso ea elektrode e ntle ea NMC811 e thabileng ka electrolyte e nang le perfluorinated. (ab) Litšoantšo tsa SEM tse nang le likarolo tse fapaneng tsa elektrode e ntle ea F-NMC811 ea khale le 'mapa oa EDS o tsamaellanang. (ch) Kabo ea lintho. ij (km) Ho tsosolosoa ha sebopeho sa 811D FIB-SEM le kabo ea sebaka sa likarolo tsa F.
Ho netefatsa sebopeho se laolehang sa fluorinated CEI, morphology ea cross-sectional morphology le kabo ea element ea elektrode e ntle ea NMC811 e fumanoeng ka har'a betri ea pakete e bonolo e tšoauoa ke FIB-SEM (Setšoantšo sa 3 ah). Ka electrolyte e nang le perfluorinated, ho thehoa lera le tšoanang la fluorinated CEI holim'a F-NMC811. Ho fapana le hoo, C-NMC811 ho electrolyte e tloaelehileng e haelloa ke F mme e theha lera le sa lekanang la CEI. Likahare tsa F-election karolong e fapaneng ea F-NMC811 (Setšoantšo sa 3h) li phahame ho feta tsa C-NMC811, tse pakang hape hore sebopeho sa in-situ sa mesophase ea inorganic fluorinated ke senotlolo sa ho boloka botsitso ba NMC811 e thabileng. . Ka thuso ea 'mapa oa FIB-SEM le EDS, joalo ka ha ho bonts'itsoe ho Setšoantšo sa 3m, e hlokometse likarolo tse ngata tsa F moetsong oa 3D holim'a F-NMC811.
Setšoantšo sa 4a) Kabo ea botebo ba Element holim'a elektrode e ntle ea NMC811 ea mantlha. (ac) FIB-TOF-SIMS e senya kabo ea likarolo tsa F, O, le Li ho electrode e ntle ea NMC811. (df) Sebopeho sa bokaholimo le kabo e tebileng ea likarolo tsa F, O, le Li tsa NMC811.
FIB-TOF-SEM e boetse e senotse kabo e tebileng ea likarolo holim'a eleketrode e ntle ea NMC811 (Setšoantšo sa 4). Ha ho bapisoa le mehlala ea pele le ea C-NMC811, keketseho e kholo ea letšoao la F e fumanoe karolong e ka holimo ea F-NMC811 (Setšoantšo sa 4a). Ho phaella moo, matšoao a fokolang a O le a phahameng a Li holim'a metsi a bontša ho thehoa ha F-le Li-rich CEI layers (Setšoantšo sa 4b, c). Liphetho tsena kaofela li netefalitse hore F-NMC811 e na le lera la CEI le ruileng ka LiF. Ha ho bapisoa le CEI ea C-NMC811, lera la CEI la F-NMC811 le na le likarolo tse ling tsa F le Li. Ho phaella moo, joalokaha ho bontšitsoe ho FIG. 4d-f, ho latela pono ea botebo ba ion etching, sebopeho sa NMC811 ea mantlha e matla ho feta ea NMC811 e khahlisang. Botebo ba F-NMC811 ba tsofetseng bo nyane ho feta C-NMC811, ho bolelang hore F-NMC811 e na le botsitso bo botle ba sebopeho.
Setšoantšo sa 5 CEI sebopeho sa lik'hemik'hale holim'a electrode e ntle ea NMC811. (a) XPS spectrum ea NMC811 positive electrode CEI. (bc) XPS C1s le F1s spectra ea pele le e thabisang ea NMC811 electrode CEI. (d) Cryo-transmission electron microscope: kabo ea element ea F-NMC811. (e) Setšoantšo sa TEM se hatselitsoeng sa CEI se entsoeng ho F-NMC81. (fg) Litšoantšo tsa STEM-HAADF le STEM-ABF tsa C-NMC811. (hi) Litšoantšo tsa STEM-HAADF le STEM-ABF tsa F-NMC811.
Ba sebelisitse XPS ho khetholla sebopeho sa lik'hemik'hale tsa CEI ho NMC811 (Setšoantšo sa 5). Ho fapana le C-NMC811 ea mantlha, CEI ea F-NMC811 e na le F e kholo le Li empa e nyane C (Setšoantšo sa 5a). Phokotso ea mefuta ea C e bonts'a hore LiF-rich CEI e ka sireletsa F-NMC811 ka ho fokotsa karabelo e tsitsitseng ea lehlakore ka li-electrolyte (Setšoantšo sa 5b). Ho feta moo, likhahla tse nyane tsa CO le C=O li bontša hore solvolysis ea F-NMC811 e na le moeli. Ho F1s spectrum ea XPS (Figure 5c), F-NMC811 e bontšitse lets'oao le matla la LiF, le tiisang hore CEI e na le palo e kholo ea LiF e nkiloeng ho li-solvents tse nang le fluorinated. Ho etsa 'mapa oa likarolo tsa F, O, Ni, Co, le Mn sebakeng sa lehae ho likaroloana tsa F-NMC811 li bonts'a hore lintlha li abuoa ka mokhoa o ts'oanang ka kakaretso (Setšoantšo sa 5d). Setšoantšo sa TEM se nang le mocheso o tlase ho Setšoantšo sa 5e se bontša hore CEI e ka sebetsa e le lera le sireletsang ho koahela ka mokhoa o ts'oanang electrode e ntle ea NMC811. Ho netefatsa ka ho eketsehileng phetoho ea sebopeho sa sebopeho, liteko li ile tsa etsoa ka electron microscopy (HAADF-STEM) e khanyang e khanyang ea tšimo ea electron microscopy (ABF-STEM). -NMC811), Bokaholimo ba electrode e potolohang e ntle e bile le phetoho e matla ea mohato, 'me karolo e sa sebetseng ea letsoai ea lejoe e bokelloa holim'a eleketrode e ntle (Setšoantšo sa 5f) Bakeng sa electrolyte e nang le perfluorinated, bokaholimo ba F-NMC811 Electrode e ntle e boloka sebopeho sa lera (setšoantšo sa 5h), se bonts'ang kotsi Mokhahlelo o hatelloa ka katleho. Lera la CEI holim'a eleketrode e ntle ea NMC811 ho electrolyte e nang le perfluorinated.
Setšoantšo sa 6a) TOF-SIMS spectrum ea mohato oa interphase holim'a elektrode e ntle ea NMC811. (ac) Tlhahlobo e tebileng ea likaroloana tse khethehileng tsa ion tsa bobeli holim'a electrode e ntle ea NMC811. df
Likhechana tsa C2F hangata li nkuoa e le lintho tse phelang tsa CEI, 'me likhechana tsa LiF2- le PO2 hangata li nkuoa e le mefuta e sa pheleng. Lipontšo tse matlafalitsoeng haholo tsa LiF2- le PO2- li ile tsa fumanoa tekong (Setšoantšo sa 6a, b), se bontšang hore lesela la CEI la F-NMC811 le na le palo e kholo ea mefuta e sa tloaelehang. Ho fapana le hoo, C2F-signal ea F-NMC811 e fokola ho feta ea C-NMC811 (Figure 6c), ho bolelang hore lera la CEI la F-NMC811 le na le mefuta e fokolang ea lintho tse phelang. Lipatlisiso tse ling li fumane (setšoantšo sa 6d-f) hore ho na le mefuta e mengata ea inorganic ho CEI ea F-NMC811, athe ho na le mefuta e fokolang ea tlhaho ho C-NMC811. Liphetho tsena kaofela li bonts'a sebopeho sa lera le tiileng la inorganic-rich CEI ka har'a electrolyte ea perfluorinated. Ha ho bapisoa le beteri ea pakete e bonolo ea NMC811/Gr e sebelisang electrolyte ea setso, ntlafatso ea polokeho ea betri ea pakete e bonolo e sebelisang electrolyte e nang le perfluorinated e ka hlahisoa ke: Taba ea pele, ho etsoa ha lesela la CEI le ruileng inorganic LiF ho molemo. Botsitso ba tlhaho ba mocheso oa elektrode e ntle ea NMC811 e thabisang e fokotsa ho lokolloa ha oksijene ea lattice e bakoang ke phetoho ea mohato; ea bobeli, lera le tiileng la inorganic CEI le sireletsang ka ho eketsehileng ho thibela NMC811 ho kopana le electrolyte, ho fokotsa karabelo ea lehlakore le exothermic; ea boraro, Electrolyte perfluorinated na le phahameng mogote botsitso ka mocheso phahameng.
Mosebetsi ona o tlalehile nts'etsopele ea betri e felletseng ea mofuta oa mokotla oa Gr/NMC811 e sebelisang electrolyte e nang le perfluorinated, e ntlafalitseng ts'ebetso ea eona ea polokeho haholo. Intrinsic thermal stability. Boithuto bo tebileng ba mochini oa TR inhibition le kamano lipakeng tsa lisebelisoa le maemo a betri. Ts'ebetso ea botsofali ha e ame mocheso oa TR trigger (T2) oa betri ea electrolyte ea perfluorinated nakong ea sefefo sohle, se nang le melemo e totobetseng ho feta betri ea botsofali e sebelisang electrolyte ea setso. Ho phaella moo, tlhōrō ea exothermic e lumellana le liphello tsa TR, tse bontšang hore CEI e matla e thusa ho tsitsisa ha mocheso oa electrode e ntle ea lithium ntle le lisebelisoa tse ling tsa betri. Liphetho tsena li bonts'a hore moralo oa taolo ea in-situ oa lera le tsitsitseng la CEI le na le bohlokoa ba tataiso bakeng sa ts'ebeliso e sebetsang ea libeteri tsa lithium tse sireletsehileng tse matla haholo.
Li-Interphase tsa Ultraconformal tse Ahiloeng ka Hare li Lumella Libetri tsa Lithium tse Tšireletsehileng tse Phahameng ka ho Fetisisa, Lisebelisoa tsa Polokelo ea Matla, 2021.
araba ka hare ho lihora tse 6, lipotso leha e le life lia amoheleha!
