Improving Cyclic Stability of LiMn2O4/Graphite Battery Under Elevated Temperature by Using 1, 3-Propane Sultone as Electrolyte Additive

Abstract

Spinel lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4) based Li-ion battery (LIB) is attractive for hybrid/full electric vehicles because of its abundant resources and easy preparation. However, operation under an elevated temperature could cause severe capacity fading of the spinel cathodes. In this work, 1, 3-propane sultone (PS) is investigated as an electrolyte additive for improving the cyclability of the LiMn 2 O 4 /graphite LIB at elevated temperature. The charge and discharge measurement proves that PS can significantly enhance the cyclability of 053048-type LiMn 2 O 4 /graphite pouch cell at 60 • C. Compared to the cell without additive, the capacity retention of the cell using electrolyte with 5% PS increases from 52 to 71% after 180 cycles. The improved cyclability is attributable to the modification of the solid electrolyte interface (SEI) on both positive and negative sides of the LiMn 2 O 4 /graphite cell by PS, which effectively prevents anode and cathode from structural breakdown and inhibits the electrolyte decomposition.

A functional electrolyte additive enabling robust interphases in high-voltage Li‖LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 batteries at elevated temperatures

“…The oxidation current starts to increase resulting from the first decomposition of PS at 4.3 V (Fig. 1c), 43 which proves that PS gives priority to the formation of a CEI on the cathode surface. The blank electrolyte has a higher reduction current and widens the range of potentials at 1.3 V and 0.7 V, as shown in Fig.…”

Recent Progress on Multifunctional Electrolyte Additives for High‐Energy‐Density Li Batteries – A Review

“…[61] Moreover, PS also improves the cycling performance of Li + batteries by modifying the SEI film, effectively preventing the structural damage of the anode and cathode, and inhibiting electrolyte decomposition. [62] The improved capacity retention of the battery due to PS can be attributed to its participation in the formation of passivation layer, which prevents dissolution of metal from the cathode material. [63] Li Weishan's [64] research group chose 3-sulfolene (3SF) as an additive to suppress the reduction and co-intercalation of PC in PC-based electrolytes, greatly improving the performance of graphite/Li batteries, with better results than PES.…”

Evaluating the impact of additives and lithium salts on the performance of spinel cathode material LiMn2O4

“…Kamanura và cộng sự đã nghiên cứu lớp thụ động, sản phẩm của quá trình ăn mòn nhôm trong điện giải, có một lượng nhỏ HF và LiTFSI là AlOF và AlF 3 cho thấy lớp thụ động này không ổn định, đã tan sau nhiều chu kì phóng sạc, dẫn đến đế nhôm tiếp tục bị ăn mòn. Đối với hệ LiBF 4 , hệ điện giải có độ dẫn kém do hiện tượng dòng thứ cấp (second-rate) khiến cho điện giải tiếp tục bị oxy hóa ở các chu kì phóng sạc sau8,13 . Như vậy, vấn đề chính của cả hệ điện giải chứa muối LiTFSI và LiBF 4 là các phản ứng phụ trực tiếp với hệ điện giải xảy ra liên tục trong quá trình hoạt động của pin dẫn đến dung lượng của pin giảm rất nhanh (Hình 5).…”