Category: 產業知識

本文引用： yahoo!股市

台塑新智能董事長王瑞瑜20日表示，台塑新智能正瞄準電芯事業加速建廠，預計於彰濱工業區設置2.1GW「磷酸鐵鋰」（又稱鋰鐵）電池芯廠，希望2024年完工後，從電池芯、模組至儲能可以「100%國產化」，盼對整個台灣能源轉型，包括淨零排放、節能減碳都有所貢獻。

王瑞瑜宣布，台塑新智能擴大儲能布局，攜手翰可能源、眾樹能源組成「儲能國家隊」，並在台南、雲林、南投、彰化、嘉義等縣市興建6大儲能案場，預計明年陸續完工，第一期設置容量總計將達50MW以上。

台塑新智能7月5日正式成立，積極在節能、儲能、新能源、循環再利用4大領域探討及布局，包括台塑生醫彰化廠的儲能也順利接上台電的儲能自動頻率控制（AFC），並達100%執行率。如今，台塑新智能攜手翰可能源、眾樹能源一起合作，在台南永康建置5MW儲能案場，目標也是連上台電AFC。

王瑞瑜指出，第二期計畫是台化彰化廠的100MW「超級儲能系統」合作案，預計2024年啟動，成為全台最大規模的「電網級」儲能案場，盼能幫助台灣電力穩定輸送。

面對各企業正如火如荼建置儲能領域，台塑新智能的案場到底和其他儲能廠有什麼不一樣？王瑞瑜解釋，台塑企業12年來專攻於磷酸鐵鋰電池研究，相較「三元鋰電池」（又稱鋰三元電池）更加安全，當未來儲能走入居家領域，安全絕對是最高考量因素。

王瑞瑜進一步說明，台塑新智能近年專注磷酸鐵鋰電池研究，自有模組廠外，最關鍵的是擁有電池管理系統，無論是電池管理系統（BMS）或能源管理系統（EMS），都是台塑自行開發，有別於其他案場從國外進口安裝，自行開發在國家資訊管理更加安全。

此外，台塑從電芯、模組，甚至到儲能系統安裝，都已獲得一系列的整體認證。王瑞瑜指出，台塑新智能是台灣唯一在磷酸鐵鋰電池領域受完整認證的廠商，這也讓過去跟特斯拉合作儲能的翰可能源，在發現台灣廠商具備自製能力後，轉而選擇台塑新智能。

翰可能源董事長陳洋淵表示，這次與台塑新智能合作的儲能，是翰可第三座的案場，透過已累積的儲能營運及設備管理，互補彼此的優勢，未來也會持續和台塑新智能合作，持續朝更具有規模的儲能事業前進，且除了在台灣布局，未來也會開發海外市場，台塑新智能絕對是翰可能源最重要的夥伴。

本文引用： TVBS新聞

發展節能永續能源，是美意沒有錯，但也不可忽視因廢棄物而延伸的問題，看到廢棄太陽能板的回收，已是全球當務之急，根據統計，2050年全球的廢棄太陽能板，將達到9.1億公噸，就怕綠能成了失能，台灣獨步全球，發展出高效回收技術，期盼能真正達到「永續」。

跟上淨零碳排的世界趨勢，太陽能發電成了不可或缺的一環，蔡政府積極推動綠色能源，2022年也進一步修法，未來只要是新建物或房屋翻修，使用面積超過50公尺建物，就必須裝設太陽能板，不過美其名的「綠化」，卻也正同步埋下不可忽視的危機。

記者陳文越：「太陽能板壽命大約是落在20年左右，那麼以台灣再生能源的規劃來看，台灣到了2035年的時候，每年會有超過10萬公噸，太陽能廢棄模組，再加上每年還有0.5%，因為天災而提早退休的太陽能板，面對如此龐大的回收處理壓力，其實從前端就要開始著手，今天採訪團隊，特別換上整身的防塵衣，來到台南太陽能板組裝工廠，帶您來一探究竟。」

聯合再生工廠副廠長李檉堉：「這個站點是我們太陽能模組，生產製造的關鍵站點，那我手上的這個太陽能電池片，每一個半片是可以產生3瓦多的功率，那我們看到這個機台，透過正負極的串接，那把它144片串接起來，我們每片模組，可以產生440瓦功率的模組。」

整齊排列好，機械手臂來回穿梭，工廠幾乎已經全面自動化，細看太陽能板模組主要材料，以太陽能電池為重點，跟串聯導電的焊帶，以及減少反射並保護電池的強化玻璃，還有這一大捲，鋪成一片片的透明薄膜，更不能少。

聯合再生研發經理許政鴻：「層壓站的話會把整片模組，像三明治的一個封裝結構，進行熱壓做結合，最底下的這層是玻璃，封裝材電池片封裝材背板，那其中最關鍵的在於這層封裝材，那也是太陽能板進化的一個關鍵。」

薄薄的一片夾在中間，看似不起眼，但只要經過高溫加熱溶解固化後，就能把這這幾樣東西結合成一體，而這個關鍵元素，也在未來回收廢棄太陽能板過程中，扮演著至關重要的角色。

聯合再生研發經理許政鴻：「這是我們剛提到很關鍵的一項材料，那這項材料的功能主要是用來黏合，左邊這一項封裝材料，是過去我們常用的一項封裝材料，叫做EVA，那這類材料是無法做分解的，它本身在層壓過後，會做完全的一個黏合，那這新材料它是可拆解的一個薄膜，它本身再透過二次加熱，就可以做拆解跟分離。」

這樣看不清楚嗎沒關係，我們直接來到更上游，出產eva薄膜2.0的材料工廠。

太陽能板材料工廠副理蔣其晉：「這裡是高雄的，太陽能板薄膜的生產工廠，那我們今天做的這個太陽能薄膜，非常的特別，那主要是技術差異，我們以前的太陽能薄膜是熱固型的，20年後它沒有辦法拆解拆開，(黏住就黏住了)，黏住就黏住了，那裡面最重要的一些貴金屬，包含矽晶圓銀線，它都無法再回收使用，那我們現在做的這個薄膜，可以讓它再次的拆解使用，其實在太陽能模組中，我們最大的碳排放來源，是裡面的矽晶圓板，那如果我們可以再把矽晶圓板，拆開再回收來使用，那我們可以減少到43%，的一個碳排放量，那等於每年可以減少約9萬噸的碳排放。」

太陽能板廢棄回收，第一步就是先「拆解」，但當「拆解」因為合成的「太牢固」，導致無法確實執行，那再多的可回收物，恐怕都是廢物。

工研院材料化工研究博士王珽玉：「這是我們最新研發的技術，我們利用高溫的方式，讓太陽能模組經過高溫的時候，把封裝的塑膠膜材分解掉，傳統的破碎分選，會讓材料混雜在一起，讓材料沒有辦法得到一個好的純度，那回收出來的材料，就只能拿去低階的利用，例如拿去鋪馬路使用，那像我們這種利用熱分解，回收出來的材料，因為它材料都是完整的分離，所以它利用價值就會變得很高，那我們估計每GW，的太陽能模組的回收價值，可以從原本的6億，可以提升到24億元。」

傳統也是現在的作法，是把廢棄太陽能板暴力破壞後，再利用機器進一步，把不同可回收物做分類，而這項還沒上路的最新技術，則是利用高溫，弱化薄膜2.0的固性後，把一層層的材料分開回收，不僅大大減少過程中的浪費，也能真正發揮到永續發展。

工研院副院長彭裕民：「我們知道太陽電池，要用非常大量的鋁，鋁框非常大量的玻璃，特別是高純度的矽，全世界當它再生能源，達到60到70%的時候，太陽電池用掉全世界的矽，可能10到20%，資源一定越來越少，那為什麼我們不把，已經用過的太陽電池，重複回去使用變成新的太陽電池，這樣可以循環10次20次，那我們真正是達到再生的能源，用創新技術產生循環產生新經濟，是我們台灣現在，非常關鍵重要的一步，這個技術不但可以翻轉台灣，也可以翻轉世界。」

獨步全球的新技術，讓綠能不「失能」，尤其血淋淋子例子正在全球上演，以最接近台灣致力減碳的日本來說，1994年推行綠能補助制度，讓太陽能發電全面普及，不過將近30年後，昂貴的設備維修費，還有不清不楚的回收規範，導致太陽能板出現隨意廢棄潮，日本環境省更預估，2040年每年報廢的太陽能板，將達80萬噸是現在的200倍。

本文引用：壹蘋新聞網

【國際中心】美國能源部宣布美國科學家已經在核融合研究方面取得締造歷史的「重大科學突破」，有如獲得核融合研究的「聖杯」，首度在核融合反應達成產出的能量遠高於引發反應所使用能量，將有助發展潔淨能源。

核融合的原理因近似太陽，長久以來被人們視為具備潔淨、用不盡等特質的終極能源。因此，核融合發電也有「人造太陽」之稱。

《壹蘋新聞網》綜整外電，為讀者介紹核融合技術有如能源科技領域中的「聖杯」（Holy Grail，耶穌受難前最後的晚餐使用的杯子，引喻為永生不息、至高無上的發明）。

「華爾街日報」報導，美國美東時間13日上午10時（台北時間13日晚間11時）在華府的能源部本部宣布核融合技術進展。

負責研究的是勞倫斯利佛摩國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL）。

原理等同太陽發光熱　美宣布技術突破

「金融時報」11日披露，勞倫斯利佛摩國家實驗室的科學家已從實驗性核融合反應中達成「淨能量增益」。

實驗室的「國家點火設施」（National Ignition Facility）使用近200具雷射將氫原子加熱到超過攝氏 1億度的高溫及超過地球大氣層1000億倍的壓力。在此極端條件下產生一種稱為等離子（或稱電漿）的狀態，在這種狀態下氫原子會融合進而釋放出巨大能量，這與太陽發光發熱的原理相同。

核融合因可望成為比化石燃料或現有核能所使用核分裂技術更潔淨、取之不盡的能源，早引起全球投資者和數十家公司的極大興趣。

能量更大且無汙染　遠勝現有核能技術

各國現有的核電廠均是透過核分裂產生能量，全球約10%電力來自核電，雖幾無碳排，但所生廢棄物的放射性恐千年都不會消失。反觀核融合既不產生會長久存在的廢棄物，也不會有化石燃料燃燒產生的二氧化碳和其他溫室氣體，且可用氫等常見元素透過原子融合，產生近乎無限的能量。

核融合產業協會（Fusion Industry Association）追蹤的投資情況顯示，近年已有超過50億美元資金注入各家民間的核融合相關企業。各家企業都在研究不同的核融合反應爐設計，大部分仍仰賴等離子狀態的核融合。

但核融合距離商業使用仍有很長一段路，最大障礙之一是至今仍無法實現所謂淨能量增益（net energy gain），即核融合輸出能量要大過用於加熱原子的雷射光束輸入能量。這也使美國這次的突破更加難得。

科普相關網站指出，核能發電的核分裂運用鈾元素分裂時的熱能製造能源，而核融合運用元素加總的力量，運用上億度高溫讓氫或重氫（氘、氚）等元素的原子核變成電漿狀態，使相斥的原子核互相依附在一起，相關技術也是核融合發電最難克服的技術之一，畢竟這等同於做出一顆太陽。

各國競研　首座核融合電廠最快十餘年後現身

包括美國、中國、歐盟、日本、南韓、巴西等國都致力研發核融合技術。哥倫比亞廣播公司新聞網（CBS News）指出，目前全球最大的核融合研究計畫是由35國政府集資約220億美元的「國際熱核實驗反應爐」（International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER），也在攻關與美國同樣的課題。

白宮表示，目前全球30多家民間核融合企業有2/3在美國，大部分都成立於過去10年間，「藉由與這些民企的合作，我們有機會讓他們留在美國發展，進而鞏固美國在核融合技術的領先地位」。

中國舉國體制　全力追趕

中國聲稱要利用社會主義「制度優勢」，以舉國體制集中力量辦大事的風格，全力攻關的中國核融合實驗「人造太陽」項目，今年也有所進展。據「環球時報」10月的報導，中核集團核工業西南物理研究院科研團隊在10月19日成功讓HL-2M等離子體電流突破100萬安培（1兆安），距離核融合點火更進一步。

「華盛頓郵報」報導，目前核融合領域的專家認為時間倒還次要，最主要癥結在於各國政府與民間財力能否加大資助研發力道，如果條件允許，第一座核融合發電的原型廠有可能在2030年代出現，屆時距離實現商用就為時不遠。（綜合中央社、外電報導）

電抗器與電感器

本文引用：泰昌電機

電抗器也叫電感器，電抗分為電感器和電容器，然而由於過去先有了電感器，並且被稱為電抗器，所以現在人們所說的電容器就是容抗器，而電抗器專指電感器。由於採用了電抗器，在發生短路時， 電抗器上的電壓降較大，所以也起到了維持母線電壓水平的作用，使母線上的電壓波動較小，保證了非故障線路上的用戶電氣設備運行的穩定性。

變頻器專用電抗器通常安裝在變頻器直流調速器的輸入或輸出端，可抵制變頻器產生的3、5次諧波向電網傳遞，減少變頻產生的諧波對其他元件的干擾，改善電網質量、提高功率因數並限制電網電壓的異常波動和電網上的衝擊電流、平抑波形、減少對變頻器的影響。交流異步電動機啟動電流大，是額定電流的5-7倍，因此，大型電動機在啟動時，會對電網產生較大的電壓降，對線路的電氣設備產生較大的影響。通常用降壓的方法來限制電動機的啟動電流。

高頻用電抗器

串聯電抗器、並聯電抗器

電容用電抗器

整流電抗器

導讀：電抗器，對於有些小夥伴可能有些陌生，但是一說到電感器和電容器，小夥伴們都知道這是電路中的基本元件，接下來我們就來看看電抗器與電感器、電容器是什麼關係吧?電抗器原理又是怎麼樣的呢?

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/277581.htm

電抗器，英文名稱爲Inductor，是一種可將電能轉換爲磁場能量進而存儲起來的電子元件，用於阻礙電流進行變化。科學上，電抗器可分爲容抗器和感扛器兩種，但現實生活中，我們常將容抗器稱爲電容器，而電抗器則專指感抗器。接下來本文中所出現的電抗器則專指感抗器。

電抗器根據不同的分類形式具有多種不同的分類方法。首先，其根據功能的不同可分爲限流用電抗器和補償用電抗器;其根據電路接線方式的不同可以分爲串聯電抗器和並聯電抗器;其根據結構的不同可分爲鐵心式電抗器和空心式電抗器;其根據冷卻介質的不同可分爲乾式電抗器、油浸式電抗器、水泥電抗器等;其根據用途可分爲限流電抗器、消弧線圈、功率因數補償電抗器、濾波電抗器、平衡電抗器等等……

電抗器主要由骨架、繞組、磁心或鐵心、屏蔽罩等構成。其中，骨架作爲線圈支架存在，主要用於在骨架上纏繞線圈，不過一些小型電抗器不需要此結構，可直接將線圈纏繞在鐵心上;繞組就是指纏繞好的一組線圈，是完成電抗器功能的核心部分，用於產生磁場;磁心或鐵心的存在用於在需要時增強繞組產生的磁場;屏蔽罩用於限制磁場產生範圍，以免影響其他電路的運行。

四、電抗器原理

電抗器也就是電感器，其根據工作原理的不同可分爲自感器和互感器兩種，其中，自感器是指當通電使得線圈中有電流流過時，在線圈的周圍就會產生磁場，該磁場隨線圈中電流的變化而變化，磁場的變化又會反過來影響線圈中的電流;而互感器是指當兩個線圈相互靠近時，一個線圈產生的磁場將會影響著另一個線圈，兩個線圈與產生的兩個磁場間相互影響，其影響的程度取決於兩個線圈的耦合程度。

輔助服務及備用容量交易試行平台第二次公開說明會2020.11.11

2019-10-18 由 新能源Leader 發表于科學

https://kknews.cc/science/rnq5kkx.html

隨著鋰離子電池能量密度的不斷提升，高容量的矽碳負極的應用也變得日漸普遍，矽碳材料雖然理論比容量可達石墨材料的十倍以上，但是在嵌鋰過程中的體積膨脹高達300%以上，如此大的體積膨脹不僅會導致顆粒的粉化和破碎，也會對電極的導電網絡產生破壞，同時巨大的體積膨脹還會對負極表面的SEI膜造成破壞，引起新鮮的電極表面裸露，從而導致SEI膜持續的生長，引起活性Li的損失，導致電池的循環壽命急劇衰降。

針對矽碳材料體積膨脹大導致的介面穩定性差的問題，如何形成穩定的SEI膜對於提升矽碳負極的循環壽命具有重要的影響，而添加劑是優化SEI膜成分，提升SEI膜機械穩定性的關鍵。近日，中科院福建物質結構研究所的Xiangzhen Zheng（第一作者）和Maoxiang Wu（通訊作者）等人通過在電解液中添加FEC和二氟磷酸鋰（LiPO2F2）顯著提升了矽碳負極的循環性能。

對於矽碳負極，FEC是最常見的電解液添加劑，通過在電解液中添加FEC能夠形成更穩定的SEI膜，從而有效的延長矽碳負極的循環壽命，但是研究表明在循環過程中FEC濃度不足時會導致矽碳負極的循環壽命突然跳水，因此要求電解液中FEC的含量至少要達到10%以上，但是過高的FEC含量會導致電池產氣問題的加劇，同樣會造成電池循環壽命的衰降。因此，如何在較低的FEC濃度下實現良好的循環壽命就成為了一個重要的研究議題，在這裡作者選擇了同樣能夠在負極表面形成穩定SEI膜的LiPO2F2添加劑與FEC混合使用。

實驗中作者採用了來自東莞杉杉電池材料有限公司LIB124電解液，其溶劑成分為EC/EMC/DMC（1:1:1），1M LiPF6，而實驗中用到的FEC、LiPO2F2添加劑則來自福建創鑫科技開發有限公司，實驗中採用的矽碳負極為來自國內知名電池材料供應商深圳貝特瑞納米科技有限公司的SiC600產品，NCM523材料來自於深圳科晶星科技有限公司，負極採用的水系粘結劑為來自成都茵地樂能源有限公司的LA133產品，正負極的配方均為80%的活性物質、10%的導電炭黑和10%的粘結劑。

前線分子軌道能量是用來判斷有機分子結構的電化學穩定性的重要依據，上圖為實驗中用到的三種溶劑和兩種添加劑的分子結構，以及採用密度函數理論計算得到了不同分子的最低未占用軌道能量（LUMO）和最高占用軌道能量（HOMO）數據，其中LUMO能量主要反應了電子得電子發生還原分解的能力，LUMO能量越低則分子越容易發生還原分解，從上圖中能夠看到FEC和LiPO2F2的LUMO能量要明顯低於三種溶劑分子，因此這也表明FEC與LiPO2F2要比溶劑更容易在負極表面發生還原分解，HOMO能量主要反應的是分子的失電子的能力，HOMO能量越高，則表明分子越容易失電子，發生氧化分解反應，從上圖中能夠看到FEC的HOMO能量低於三種溶劑因此表明其不易在正極表面發生氧化分解，而LiPO2F2的HOMO能量要高於三種溶劑分子，表明LiPO2F2要更容易在正極表面發生氧化分解。

下圖為採用不同的電解液添加劑時電池的循環性能對比，不同電解液的差別首先體現在SiC600這款材料的容量發揮上，對於空白電解液，材料的容量發揮僅為517.8mAh/g，如果加入3%的FEC後則材料容量發揮可以提高到539.6mAh/g，如果添加2%的LiPO2F2則材料的容量發揮可以進一步提高到561.8mAh/g，如果我們在電解液中添加3%FEC+2%LiPO2F2則材料的容量發揮可以達到560.9mAh/g。

電解液對於電池的循環性能的影響則更為顯著，在經過200次循環後僅添加FEC添加劑的電池剩餘容量僅為304.6mAh/g，添加LiPO2F2的電池剩餘容量則為328mAh/g，而3%FEC+2%LiPO2F2的電池剩餘容量可達427.1mAh/g，相比之下沒有添加劑的空白組電池的剩餘容量僅為147.6mAh/g。

下圖為採用不同添加劑電解液組的首次充放電曲線，在首次充放電中空白電解液對照組的首次效率為80.2%、3%FEC電解液組為77.2%、2%LiPO2F2電解液組為83.9%，而3%FEC+2%LiPO2F2電解液組83%，通過在FEC添加劑電解液中添加LiPO2F2能夠有效的提升電池在首次充放電中的庫倫效率。

下圖為採用不同電解液的電池在循環不同次數後的EIS測試結果，通過下圖中所示的等效電路對測試結果進行擬合，擬合結果如下表所示。從下表的擬合結果來看，對於沒有添加劑的電池在經過長期循環後介面阻抗從111Ω大幅增加到了1455Ω，而添加FEC添加劑的電池在經過循環後介面阻抗的增加幅度出現了明顯的降低（50.8Ω到267.2Ω），添加2%LiPO2F2的電池介面阻抗從58.9Ω增加到了193.3Ω，同樣遠好於空白對照組，而表現最好的為3%FEC+2%LiPO2F2電解液組，其介面阻抗僅從最初的38.2Ω增加到108.3Ω，這表明3%FEC+2%LiPO2F2混合添加劑能夠有效的抑制負極表面SEI膜的生長，從而降低負極的介面阻抗。

下圖為無添加劑的空白對照組電解液和3%FEC+2%LiPO2F2添加劑的電解液中循環後的負極表面的紅外吸收圖譜，在無添加劑對照組電解液負極中我們觀察到在1723、1550、1476、1357、1124/cm處觀察到了特徵峰，這些特徵峰主要來自於ROCO2Li，在1420和883/cm處的特徵峰來自Li2CO3，而在電解液中加入FEC和LiPO2F2後ROCO2Li的特徵峰的強度明顯降低，表明這兩種添加劑的加入有效的抑制了碳酸酯類溶劑在負極表面的分解。

下圖為採用不同電解液的負極在循環後的SEM和TEM圖像，從下圖a中能夠看到新鮮的SiC負極表面乾淨光滑，沒有添加劑的空白對照組在經過200次循環後SiC顆粒出現了粉化、破碎，並且隨機被覆蓋了大量的電解液分解產物，這主要是由於循環過程中SiC體積膨脹比較大導致的。而採用3%FEC+2%LiPO2F2電解液組的負極在循環後表面形貌未出現明顯的變化，從下圖d和e透射電鏡照片可以看到無添加劑的對照組在循環後負極表面的SEI膜厚度非常不均勻，並且局部的SEI膜厚度非常厚，而3%FEC+2%LiPO2F2電解液的負極表面的SEI膜厚度為5nm左右，並且非常均勻。

根據上面的分析數據作者認為採用無添加劑的空白對照組電解液的電池在長期循環中溶劑分子會在負極表面分解產生大量的有機產物，導致SEI膜穩定性較差，因此在SiC材料體積膨脹會破壞SEI膜，導致SEI膜的持續生長。而通過在電解液中添加3%FEC+2%LiPO2F2後能夠在負極表面形成無機成分含量更高的SEI膜，因此SEI膜的結構也更加穩定，從而減少SiC材料體積膨脹對於SEI膜的破壞。

Xiangzhen Zheng的研究表明在電解液中添加3%FEC+2%LiPO2F2後能夠在SiC負極的表面形成一層結構更加穩定、厚度更薄的SEI膜層，從而顯著改善SiC負極的介面穩定性，有效的提升SiC負極的循環穩定性。

本文主要參考以下文獻，文章僅用於對相關科學作品的介紹和評論，以及課堂教學和科學研究，不得作為商業用途。如有任何版權問題，請隨時與我們聯繫。

Synergistic effect of fluoroethylene carbonate and lithium difluorophosphate on electrochemical performance of SiC-based lithium-ion battery, Journal of Power Sources 439 (2019) 227081, Xiangzhen Zheng, Guihuang Fang, Ying Pan, Qiaohong Li, Maoxiang Wu

文/憑欄眺

2020-10-08 由 新能源Leader 發表于資訊

https://kknews.cc/news/g4meqgy.html

石墨負極在嵌鋰狀態下的電位接近0V，已經超過了常規碳酸脂類電解液的穩定電壓範圍，因此電解液會在負極表面分解產生一層固態的分解產物，這就是我們常說的SEI膜，這層介面膜不僅能夠有效的阻止電解液進一步在電解液在負極表面發生分解，還能夠傳到Li+，因此SEI膜對於鋰離子電池的電化學性能具有重要的影響。

VC和FEC是常見的電解液添加，實踐表明這兩種電解液添加劑能夠有效的提升鋰離子電池的循環性能。近日，瑞士保羅謝爾研究所的Paul G. Kitza（第一作者）和Erik J. Berg（通訊作者）對VC和FEC在負極的成膜機理進行了研究，兩種添加劑能夠使得SEI膜的剪切存儲模量提升一倍，但是過量的FEC會增加介面的電荷交換阻抗，引起電池阻抗的增加。

研究表明在電解液中添加少量的VC添加劑能夠有效的降低SEI膜的厚度，改善電池的循環穩定性和高溫性能。但是當正極材料4.3V以上時，VC會在正極材料發生聚合，進而引起電池的阻抗增加。而FEC則能夠改善溶劑的高電壓下的穩定性，同時FEC也能夠有效的提升體積膨脹比較大的合金負極（例如Si）的介面穩定性。

人們認為VC的分解機理為自由基聚合，反應產物為CO2和聚合物，CO2則會進一步在負極表面發生反應，生成Li2CO3。而FEC因為具有和FEC具有類似的結構，因此分解產物也主要是Li2CO3和聚合物，但是不同的是在FEC作為添加的情況下SEI膜中還會增加LiF。

實驗中採用的正極為80%的LFP，10%的C65炭黑導電劑，10%的PVDF粘結劑，負極則採用80%的C65炭黑導電劑和20%的PVDF粘結劑塗布在銅箔上構成。基礎電解液為LP47電解液，其鋰鹽為1M LiPF6，溶劑為EC和DEC（30：70），作者在基礎電解液的基礎上分別向其中添加不同比例的EC和FEC。

下圖為不同的電解液在炭黑負極表面的反應電流曲線，從圖中能夠看到在第一次循環中當電壓在2.5V以上時，所有的電解液都沒有發生分解，也沒有氣體產生。在2.0V左右時，電解液中微量的水開始發生分解，並催化了EC分解產生CO2，並產生了聚乙二醇（PEG）。這一過程的mpe值（每摩爾電子轉移產生的反應產物的質量）可高達100g/mol以上。從下圖可以看到在1.3-1.1V範圍內mpe值僅為40g/mol，明顯低於普通LP47電解液，這表明VC在這一電壓範圍內發生分解。

從下圖可以看到添加FEC添加劑的電池在1.5V以下時產生了無添加劑電解液約3倍的CO2，在1.45-0.95V範圍內mpe值約為56g/mol。當電壓降低到0.9V以下時，mpe值和CO2的產生量都不再增加，同時乙烯氣體的產生量降低了40%，這表明這兩種添加劑在負極表面形成的SEI膜有效的阻止了EC的分解。

在首次充電的過程中我們能夠觀察到H2的產生，這主要是來自於電解液中微量水分的分解，而添加VC的電解液則有效的抑制了第2和3次循環中H2的產生，這表明VC和EC形成的SEI膜能夠有效的抑制電解液中水分的分解。

作者的研究還表明，添加VC添加劑的電解液形成的薄SEI膜有效的抑制了電解液的進一步分解，從而使得電池質量增加速度減少了3倍。而添加FEC的電解液的負極鈍化效果則比較差，電解液還會持續的在負極表面分解。

VC和FEC的加入會對負極SEI膜的構成和特性產生顯著的影響，在VC添加劑的電解液中分解產物的質量為5.3ug/cm2，因此SEI膜的平均厚度約為41nm（SEI膜的平均密度為1.3g/cm3），而FEC添加劑的電解液中產生的SEI膜的質量則為7.5ug/cm2，SEI膜的平均厚度約為58nm，相比於無添加劑的電解液，添加0.1%的FEC能夠減少SEI膜質量約30%，而添加0.1%的VC則能夠降低SEI膜的質量約50%。但是相比之下VC添加劑形成的SEI膜更為穩定，FEC添加劑形成的SEI膜在後續的循環過程中還會持續的增加，同時添加VC添加劑的電解液在循環過程中電解液的粘度增加較慢，這表明VC形成的SEI膜中可溶性的有機成分較少。這表明VC添加劑能夠更為有效的對石墨負極進行鈍化，從而提升電池的循環壽命。

這兩種添加劑形成的SEI膜能夠有效的提升SEI膜的機械性能，測試表明無添加劑的LP47電解液形成的SEI膜的剪切模量僅為0.2MPa，而添加VC的電解液形成的SEI膜則達到了1.6MPa，添加FEC的電解液則更是達到了6.9MPa，因此FEC添加劑能夠更為有效的改善體積膨脹較大的負極的循環性能。

從下圖a可以看到在3-2V的範圍內碳負極的EIS圖譜是一條直線，這表明在這一電壓範圍內石墨負極表面不會發生電荷交換，主要是以雙電層電容為主。從下圖b可以看到當電池的電壓降低到2-1V的範圍內，此時開始發生電荷交換反應，同時我們注意到相比於第一次循環，在第二次循環中電極在1.25V的阻抗降低了一個數量級，這表明在1V以下形成的SEI膜能夠促進Li+的遷移和擴散。

下圖c和d為在0.25V附近，碳負極在第一次和第3次的交流阻抗圖譜，同圖中能夠看到循環後LP47電解液的碳負極的阻抗是在持續增加的，這可能是由於SEI膜的增長和電解液粘度的增加。添加VC添加劑的負極阻抗要顯著低於其他兩種電解液，這與多數研究不同，這可能與作者在該項研究中在電解液中添加的VC數量較少有關係。

Paul G. Kitza的研究表明，VC和FEC的分解電位都高於1V，因此能夠有效的抑制EC的進一步分解，從而有效的減少電解液在負極表面的分解量，其中VC形成的SEI膜能夠更好的鈍化負極，減少電解液分解。

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Operando investigation of the solid electrolyte interphase mechanical and transport properties formed from vinylene carbonate and fluoroethylene carbonate, Journal of Power Sources 477 (2020) 228567, Paul G. Kitz, Matthew J. Lacey, Petr Nova ́k, Erik J. Berg

https://kknews.cc/science/z6m28xp.html

2017-02-14 由 電車之家 發表于科學
上一篇給大家分享了鋰離子電池正極材料的現狀以及未來可能的方向，篇幅有限，今天就接著給大家帶來負極材料的發展現狀和未來趨勢。【解析鋰離子正負極材料的現在和未來——正極篇】
我們知道，無論從成本，壽命，能量密度，安全性來說負極對於鋰離子電池來說也是至關重要的。