Investigating the Reduction of Fluoroethylene Carbonate and Vinylene Carbonate in Lithium‐Ion Cells with Silicon‐Graphite Anodes

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作者
Richard Stockhausen,Lydia Gehrlein,Thomas Bergfeldt,Andreas Hofmann,Freya Müller,Julia Maibach,K. Hofmann,R. S. Gordon,Anna Smith
出处
期刊:Batteries & supercaps [Wiley]
卷期号:8 (4) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/batt.202400499
摘要

Abstract The electrolyte additives fluoroethylene carbonate (FEC) and vinylene carbonate (VC) improve the lifetime of lithium‐ion batteries with silicon‐containing anodes by their reduction yielding a more stable solid electrolyte interphase (SEI). However, the reductive decomposition mechanism of FEC and VC has not yet been fully clarified. For this purpose, we investigate the electrolyte decomposition in LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 (NCM622)/silicon‐graphite pouch cells containing either 1 M LiPF 6 in FEC:dimethyl carbonate (DMC) or 1 M LiPF 6 in VC:DMC using high‐performance liquid chromatography, gas chromatography, X‐ray photoelectron spectroscopy, and inductively coupled plasma optical emission spectrometry. Based on the molar consumptions of FEC and VC, and the cumulative irreversible capacities, we show that three electrons are consumed for every reduced FEC molecule, and that one electron is consumed for every reduced VC molecule. Based on the results, reactions of the FEC reduction are proposed yielding LiF, Li 2 CO 3 , Li 2 C 2 O 4 , HCO 2 Li, and a PEO‐type polymer. Furthermore, the reaction of the VC reduction is proposed yielding lithium‐containing, polymerized VC. During formation, the capacity loss of the cells is induced by lithium trapping in Li x Si y /Li x SiO y under the SEI and by lithium trapping in the SEI. During subsequent cycling, only lithium trapping in the SEI triggers the capacity loss.
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