Lithiumdifluorphosphat vs. Natriumdifluorphosphat als Li-Ionen-Elektrolyt-Additive
| Jerry Huang
Lithiumdifluorphosphat (LiDFP, LFO) ist als Elektrolytzusatz sehr hilfreich, um die Zyklenlebensdauer von Li-Ionen-Batterien und die Erhaltung der Entladekapazität bei hohen Temperaturen zu verbessern sowie die Selbstentladung zu reduzieren. Während Natriumdifluorphosphat eine ähnliche Leistung in der NMC532-Batteriezelle aufweist? Werfen wir einen Blick auf ein Papier, das 2020 im Journal of The Electrochemical Society veröffentlicht wurde.
Schlussfolgerung:Drei neue Difluorphosphatsalz-Elektrolytadditive wurden synthetisiert und in NMC532/Graphit-Pouch-Zellen evaluiert. Ammoniumdifluorphosphat (AFO) wird leicht über eine Festkörper-Benchtop-Reaktion von Ammoniumfluorid und Phosphorpentoxid hergestellt, die nur durch leichtes Erhitzen initiiert werden kann. Die beste Ausbeute an Natriumdifluorphosphat (NaFO) in der vorliegenden Studie wurde durch die Reaktion von Difluorphosphorsäure und Natriumcarbonat in 1,2-Diemethoxyethan über 3 -Molekularsieben, einem sehr starken Trocknungsmittel, erhalten. Tetramethylammoniumdifluorphosphat (MAFO) wurde aus NaFO durch Kationenaustausch mit Tetramethylammoniumchlorid hergestellt.
NaFO soll ein sehr gutes Elektrolytadditiv sein, mit ähnlicher Leistung in NMC532/gr-Zellen wie das besser bekannte Lithiumdifluorphosphat (LFO)-Additiv, das jeweils nach mehr als 1.500 Zyklen bei 40 °C eine Beibehaltung der Entladekapazität von ~90% aufweist. Die Langzeitstabilität während der Zyklen zwischen 3,0–4,3 V ist im Vergleich zu den von Harlow et al. berichteten 2%VC 1%DTD Benchmark-Zellen, die nach 1.500 Zyklen eine Kapazitätserhaltung von ∼94% aufweisen, günstig, liegt aber dennoch unter dieser. Die vorteilhafte Natur beider Additive ist dem Difluorphosphat-Anion zuzuschreiben. Im Gegensatz dazu haben sich AFO und MAFO als schlechte Elektrolytadditive erwiesen. Es wird vermutet, dass dies auf die Bildung von Lithiumnitrid für ersteres zurückzuführen ist. Es ist nicht bekannt, warum Tetramethylammonium-Kationen einen negativen Einfluss auf die Zellstabilität haben.
Verweise:
- Synthesis and Evaluation of Difluorophosphate Salt Electrolyte Additives for Lithium-Ion Batteries, Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken und JR Dahn