Вплив електролітної добавки триметилсилілізоціанату на властивості електрода з нанокремнієм для літій-іонних акумуляторів
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 hexaf...
Gespeichert in:
| Datum: | 2021 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2021
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/580 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543926529294336 |
|---|---|
| author | Kuksenko, S. P. Kaleniuk, H. O. Tarasenko, Yu. O. Kartel, M. T. |
| author_facet | Kuksenko, S. P. Kaleniuk, H. O. Tarasenko, Yu. O. Kartel, M. T. |
| author_sort | Kuksenko, S. P. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:03Z |
| description | 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. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:16Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-580 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:16Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5802022-06-29T10:02:03Z Influence of electrolyte additive of trimethylsilylisocyanate on properties of electrode with nanosilicon for lithium-ion batteries Вплив електролітної добавки триметилсилілізоціанату на властивості електрода з нанокремнієм для літій-іонних акумуляторів Kuksenko, S. P. Kaleniuk, H. O. Tarasenko, Yu. O. Kartel, M. T. nanosilicon synthetic graphite water-based polymeric binders lithium hexafluorophosphate fluoroethylene carbonate liquid organic electrolytes electrolyte additives lithium-ion batteries нанокремній синтетичний графіт полімерні зв’язуючі на водній основі гексафторофосфат літію фторетиленкарбонат рідкий органічний електроліт добавки в електроліт літій-іонні акумулятори 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. Навіть часткова заміна графіту в аноді літій-іонних акумуляторів кремнієм дозволяє суттєво підвищити їхню питому енергію. Але проблемою є замалий ресурс цикліювання таких акумуляторів через прискорену деградацію рідкого органічного електроліту з традиційним гексафторофосфатом літію, особливо при підвищених температурах. Предметом обговорень і подальших досліджень залишаються процеси за участі природно утвореного оксидного шару на поверхні кремнію при виготовленні та електрохімічному літіюванні–делітіюванні Si-вмісних електродів. Серед найбільш перспективних напрямків вирішення проблеми практичного застосування кремнію розглядаються нові добавки до електроліту та полімерні зв’язуючі для електродних мас. 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. Цим вдається підвищити електрохімічні параметри напівелементів з гібридним графіт-нанокремнієвим робочим електродом при використанні зв’язуючих на водній основі – карбоксиметилцелюлози та бутадієнстирольного каучука. Добавка триметилсилілізоціанату значно покращує утримуваність оборотної ємності гібридних електродів та зменшує накопичену необоротну ємність при тривалому цикліюванні при звичайній температурі, а також після витримки при 50 °С, і тому є ефективною для використання у високоенергоємних літій-іонних акумуляторах. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2021-02-25 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/580 10.15407/hftp12.01.067 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 12 No. 1 (2021): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 67-78 Химия, физика и технология поверхности; Том 12 № 1 (2021): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 67-78 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 12 № 1 (2021): Хімія, фізика та технологія поверхні; 67-78 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp12.01 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/580/587 Copyright (c) 2021 S. P. Kuksenko, H. O. Kaleniuk, Yu. O. Tarasenko, M. T. Kartel |
| spellingShingle | нанокремній синтетичний графіт полімерні зв’язуючі на водній основі гексафторофосфат літію фторетиленкарбонат рідкий органічний електроліт добавки в електроліт літій-іонні акумулятори Kuksenko, S. P. Kaleniuk, H. O. Tarasenko, Yu. O. Kartel, M. T. Вплив електролітної добавки триметилсилілізоціанату на властивості електрода з нанокремнієм для літій-іонних акумуляторів |
| title | Вплив електролітної добавки триметилсилілізоціанату на властивості електрода з нанокремнієм для літій-іонних акумуляторів |
| title_alt | Influence of electrolyte additive of trimethylsilylisocyanate on properties of electrode with nanosilicon for lithium-ion batteries |
| title_full | Вплив електролітної добавки триметилсилілізоціанату на властивості електрода з нанокремнієм для літій-іонних акумуляторів |
| title_fullStr | Вплив електролітної добавки триметилсилілізоціанату на властивості електрода з нанокремнієм для літій-іонних акумуляторів |
| title_full_unstemmed | Вплив електролітної добавки триметилсилілізоціанату на властивості електрода з нанокремнієм для літій-іонних акумуляторів |
| title_short | Вплив електролітної добавки триметилсилілізоціанату на властивості електрода з нанокремнієм для літій-іонних акумуляторів |
| title_sort | вплив електролітної добавки триметилсилілізоціанату на властивості електрода з нанокремнієм для літій-іонних акумуляторів |
| topic | нанокремній синтетичний графіт полімерні зв’язуючі на водній основі гексафторофосфат літію фторетиленкарбонат рідкий органічний електроліт добавки в електроліт літій-іонні акумулятори |
| topic_facet | nanosilicon synthetic graphite water-based polymeric binders lithium hexafluorophosphate fluoroethylene carbonate liquid organic electrolytes electrolyte additives lithium-ion batteries нанокремній синтетичний графіт полімерні зв’язуючі на водній основі гексафторофосфат літію фторетиленкарбонат рідкий органічний електроліт добавки в електроліт літій-іонні акумулятори |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/580 |
| work_keys_str_mv | AT kuksenkosp influenceofelectrolyteadditiveoftrimethylsilylisocyanateonpropertiesofelectrodewithnanosiliconforlithiumionbatteries AT kaleniukho influenceofelectrolyteadditiveoftrimethylsilylisocyanateonpropertiesofelectrodewithnanosiliconforlithiumionbatteries AT tarasenkoyuo influenceofelectrolyteadditiveoftrimethylsilylisocyanateonpropertiesofelectrodewithnanosiliconforlithiumionbatteries AT kartelmt influenceofelectrolyteadditiveoftrimethylsilylisocyanateonpropertiesofelectrodewithnanosiliconforlithiumionbatteries AT kuksenkosp vplivelektrolítnoídobavkitrimetilsilílízocíanatunavlastivostíelektrodaznanokremníêmdlâlítíjíonnihakumulâtorív AT kaleniukho vplivelektrolítnoídobavkitrimetilsilílízocíanatunavlastivostíelektrodaznanokremníêmdlâlítíjíonnihakumulâtorív AT tarasenkoyuo vplivelektrolítnoídobavkitrimetilsilílízocíanatunavlastivostíelektrodaznanokremníêmdlâlítíjíonnihakumulâtorív AT kartelmt vplivelektrolítnoídobavkitrimetilsilílízocíanatunavlastivostíelektrodaznanokremníêmdlâlítíjíonnihakumulâtorív |