Abstract

Even partial replacement of graphite in the anode of lithium-ion batteries with silicon can significantly increase their specific energy. But the issue is the insufficient life cycle of such batteries due to the accelerated degradation of the liquid organic electrolyte with traditional lithium hexafluorophosphate, especially at elevated temperatures. The subject of discussions and further research are the processes involving a natural oxide layer on the surface of silicon in the manufacture and electrochemical litiation–delitiation of Si-containing electrodes. Among the most promising areas for solving the issues of practical application of silicon are new additives to the electrolyte and polymeric binders for electrode masses. This paper demonstrates the capability of trimethylsilylisocyanate (with aminosilane and isocyanate functional groups) as an additive to a liquid organic electrolyte (LiPF6 / fluoroethylene carbonate + ethyl methyl carbonate + vinylene carbonate + ethylene sulfite) to scavenge the reactive HF and PF5 species that alleviates the thermal decomposition of fluoroethylene carbonate at elevated temperatures. This makes it possible to increase the electrochemical parameters of half-cells with a hybrid graphite–nanosilicon working electrode when using water-based binders – carboxymethylcellulose and styrene-butadiene rubber. The addition of trimethylsilylisocyanate in the electrolyte significantly improves the reversible capacity of hybrid electrodes and reduces the accumulated irreversible capacity during prolonged cycling at normal temperature and after exposure at 50 °C, therefore to be effective for use in high-energy lithium-ion batteries.

Highlights

  • Ключові слова: нанокремній, синтетичний графіт, полімерні зв’язуючі на водній основі, гексафторофосфат літію, фторетиленкарбонат, рідкий органічний електроліт, добавки в електроліт, літій-іонні акумулятори

  • This paper demonstrates the capability of trimethylsilylisocyanate as an additive to a liquid organic electrolyte (LiPF6 / fluoroethylene carbonate + ethyl methyl carbonate + vinylene carbonate + ethylene sulfite) to scavenge the reactive HF and PF5 species that alleviates the thermal decomposition of fluoroethylene carbonate at elevated temperatures

  • J., Kaghazchi P. et al Pentafluorophenyl Isocyanate as an Effective Electrolyte Additive for Improved Performance of Silicon-Based Lithium-Ion Full Cells // ACS Appl

Read more

Summary

ВПЛИВ ЕЛЕКТРОЛІТНОЇ ДОБАВКИ ТРИМЕТИЛСИЛІЛІЗОЦІАНАТУ НА ВЛАСТИВОСТІ

Навіть часткова заміна графіту в аноді літій-іонних акумуляторів кремнієм дозволяє суттєво підвищити їхню питому енергію. У роботі показана здатність триметилсилілізоціанату (з аміносилановою та ізоціанатною функціональними групами), як добавки до рідкого органічного електроліту (LiPF6/фторетиленкарбонат + етилметилкарбонат + вініленкарбонат + етиленсульфіт), видаляти з нього HF та дезактивувати утворювану сполуку PF5, яка погіршує термічну стабільність фторетиленкарбонату. Повна заміна графіту в аноді ЛІА на кремній підвищує густину його енергії на 40 % навіть із традиційним LiCoO2-катодом (LCO), а при використанні LiNi0.8Co0.15Al0.05O2-катода (NCA) можливо підвищення ємності акумулятора габариту R18650 до ~4 А·год зі збереженням робочої напруги 3.6 В Фтороводень, який утворюється при гідролізі LiPF6 та дегідрофторуванні FEC, взаємодіє з компонентами ІПШ і, тим самим, послаблює його здатність блокувати подальше розкладання РОЕ на поверхні електрода. У даній роботі показана здатність триметилсилілізоціанату (ТМSNCO) (із аміносилановою та ізоціанатною функціональними групами), як добавки до РОЕ на основі LiPF6, видаляти HF і стабілізувати та деактивувати утворювану при термолізі LiPF6 сполуку PF5, яка погіршує стабільність FEC

Шляхом уведення до РОЕ на основі розчину
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ
Електроліт без TMSNCO із TMSNCO
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call