Pengaruh Kandungan VC dalam Elektrolit pada Lithium Iron Phosphate

Vinylene Carbonate (VC) memiliki kemampuan beradaptasi yang sangat baik terhadap suhu tinggi dan rendah. Menambahkan VC ke elektrolit dapat membantu membentuk lapisan SEI yang lebih stabil pada permukaan anoda pada baterai litium. Oleh karena itu, kandungan VC mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap kinerja baterai lithium iron phosphate (LiFePO₄). Makalah ini secara khusus mempelajari pengaruh konten VC pada kinerja elektrokimia baterai LiFePO₄ dalam kondisi-suhu rendah. Baterai LiFePO₄ banyak digunakan pada kendaraan energi baru dan sistem penyimpanan energi karena keamanannya yang tinggi, masa pakai yang lama, ramah lingkungan, dan biaya yang relatif rendah. Namun, perangkat ini menghadapi masalah seperti penurunan kapasitas pelepasan dan berkurangnya retensi energi pada suhu rendah (terutama di bawah -20 derajat ), yang membatasi penggunaannya di wilayah dingin. Untuk mengatasi masalah ini, aditif fungsional seperti VC sering ditambahkan ke elektrolit untuk meningkatkan konduktivitas ionik pada suhu rendah, menekan reaksi samping, dan menstabilkan antarmuka elektroda, sehingga meningkatkan kinerja baterai pada suhu rendah.

Dalam penelitian ini, empat jenis elektrolit baterai LiFePO₄ dengan kandungan VC berbeda (3,0%, 3,2%, 3,5%, 3,8%) disiapkan dan dirakit menjadi sel kantong. Katoda menggunakan LiFePO₄, dan anoda menggunakan grafit buatan. Semua baterai disiapkan dalam kondisi proses yang sama dan menjalani pembentukan dan dispersi kapasitas. Uji elektrokimia dilakukan pada setiap kelompok baterai pada suhu -30 derajat untuk secara sistematis membandingkan indikator kinerja utama seperti kapasitas pelepasan suhu rendah, hambatan arus searah (DCR), efisiensi energi, dan umur siklus.

1. Kapasitas Pelepasan Suhu-Rendah

Dengan menguji kurva CV baterai dalam kondisi-suhu rendah dan menghitung kapasitas baterai dari area terintegrasi kurva CV.

Ketika konten VC adalah 3,5%, baterai menunjukkan kapasitas pengosongan tertinggi pada -30 derajat (5,6 Ah), jauh lebih baik dibandingkan kelompok lainnya (3,0%, 3,2%, dan 3,8% masing-masing setara dengan 4,6 Ah, 5,0 Ah, dan 5,0 Ah). Jumlah VC yang tepat dapat menurunkan titik beku elektrolit, meningkatkan mobilitas ion, dan menekan kristalisasi pelarut, sehingga meningkatkan kinerja pelepasan suhu rendah.

2. Resistansi Arus Searah (DCR)

Pengujian DCR pada baterai menunjukkan bahwa ketika konten VC adalah 3,5%, DCR berada pada level terendah (0,76 mΩ), yang menunjukkan resistansi antarmuka yang lebih rendah dan efisiensi pengangkutan ion litium-yang lebih tinggi. Kandungan VC yang berlebihan (misalnya 3,8%) menyebabkan peningkatan DCR, menunjukkan bahwa terlalu banyak VC dapat meningkatkan resistensi reaksi antarmuka.

3. Efisiensi Energi-Suhu Rendah

Ketika kandungan VC adalah 3,5%, baterai menunjukkan efisiensi energi tertinggi pada -30 derajat (82,0%), melampaui kelompok lain (72,5%~79,0%). Hal ini disebabkan oleh VC yang mendorong pembentukan film SEI yang stabil, mengurangi kehilangan polarisasi, dan meningkatkan efisiensi konversi energi.

4. Siklus Hidup

Setelah 300 siklus, baterai dengan kandungan VC 3,5% menunjukkan retensi kapasitas tertinggi (97,5%), mengungguli kelompok lain (90,0%~96,1%). VC dapat secara dinamis memperbaiki cacat film SEI selama siklus, menghambat dekomposisi elektrolit dan pembentukan gas, sehingga memperpanjang masa pakai baterai pada suhu rendah.

ACEY-BA3040-20alat uji siklus bateraidigunakan untuk menguji masa pakai, keandalan, kapasitas, dan parameter lain dari paket baterai melalui uji pengisian dan pengosongan siklik.

• VC secara istimewa tereduksi pada permukaan anoda grafit sebelum molekul pelarut selama proses pengisian dan pengosongan awal, membentuk film SEI padat yang kaya akan komponen anorganik seperti Li₂CO₃. Film ini memiliki koefisien difusi ion litium-yang relatif tinggi.

• Jumlah VC yang tepat dapat mengoptimalkan struktur solvasi elektrolit, mengurangi viskositas, dan meningkatkan konduktivitas ionik pada suhu rendah.

• VC yang berlebihan dapat menyebabkan film SEI yang terlalu tebal atau peningkatan impedansi, yang sebenarnya merugikan peningkatan kinerja.

Meskipun artikel tersebut melakukan eksperimen yang membandingkan jumlah VC yang berbeda dan melakukan pengujian tertentu, mengidentifikasi kandungan VC yang optimal dalam eksperimen ini, artikel tersebut tidak menyertakan kelompok kontrol tanpa VC. Oleh karena itu, tidak dapat disimpulkan bahwa penambahan VC akan meningkatkan kinerja baterai.