오늘날 세계에서 가장 성공적인 화학 에너지 저장 배터리 중 하나 인 리튬 이온 배터리는 소비자 전자 제품에만 국한되지 않고 전기 자동차 분야로도 확장되고 있지만 뛰어난 성능을 갖춘 리튬 이온 배터리는 온도 및 저온에 매우 민감합니다. 리튬 이온 배터리의 성능 저하를 야기하고 심지어 사용할 수없는 리튬 이온 전지로 이어질하지만, 저온 리튬 덴 드라이트의 발생, 리튬 이온 전지의 저온 성능을 향상시키기 위해 할 수있는 모든 연구자 같은 다양한 측정했다 -60 ℃의 온도로 전해액의 사용을 제안 비정질 전해질 기술 마르타 Kasprzyk 등 기술의 바르샤바 대학. 확장] C는 에틸 그룹 전해질 상하이 대학 교수 XIA 야오 배터리 특수 소재를 제안 온도는 더 -75 ℃까지 감소한다.] C는 물론, 모든 연구자가 전해질의 연구에 관심을 집중하고있다하지, 펜실베니아 광성 장 등 대학이 설계 내장 배터리에서 배터리 니켈 가열 시트 -40 ℃ 상온으로 돌아가려면 112 초 밖에 걸리지 않아 저온에서 리튬 이온 배터리 사용의 편리 성을 크게 향상시킵니다.
저온 전해질 저온에서 점도 종래의 상업용 리튬 이온 전지의 전해질 급격한 증가, 전기 전도도의 급격한 하락의 성능을 향상시키는 리튬 이온 전지의 중요한 저온 성능을 향상 우리는 일반적인 상업용 리튬 이온 전지의 전해질 LB303이 예를 들어, -40 ℃에서의 10ms / ㎝에 대한 실온에서의 이온 전도도는.] C는, 그러나, 전도성은 0.02mS / cm, 리튬 이온 전지, 따라서 저온 개선 리튬 이온 전지의 저온 방전 특성에 심각한 영향을 크게 떨어진다 성능의 핵심은 전해질의 저온 성능을 향상시키는 것입니다.
리튬 이온 전지 전해액의 저온 성능을 개선하는 방법, 우리는 단지 전해질 용액의 비율을 조정하여, 전해액에 특별한 첨가제를 추가 할 필요가 없습니다 위스콘신 밀워키 JANAK Kafle의 대학은, 전해질 용액은 상당히을 향상시킬 수 있습니다 저온 성과. JANAK Kafle 연구 환형 카보네이트 계 용매를 전해액의 저온 특성을 감소시킬 수 표시, 용매 전해질의 선형 저온 성능을 향상시킬 수있다.
우리는 아래에서 보여 용매, 리튬 이온 배터리와 기본적인 물리 화학적 인디케이터의 일반적인 분자 구조를 나타내고, 우리는 공통 용매 EC는 EC 양극의 더 나은 안정성을 형성하는 데 도움이되는 환상 구조 도면에서 볼 수있는 전해질의 효과, SEI 막을 있으므로 좀 더 EC 전해액을 추가 할 수 있지만, 전해질 과도한 EC 첨가시 EC (38 ℃) 및 높은 점도의 고 융점의 특성은 낮은 온도에서 낮은 전도도를 초래할 것 저온 성과. 선형 용매, 예를 들면 DMC, EMC 등의 비교적 낮은 점도 및 우수한 전기 화학적 안정성, 따라서 리튬 이온 전지의 전해액의 저온 성능을 개선하기 위해 데, 우리는 일반적으로 혼합 된 용매의 다양한 사용 예를 들어, 전해액의 저온 성능을 향상시키는 방법은 미국 제트 추진 연구소 MC 스마트 전해질 용매의 비율을 최적화함으로써, -50-40의 온도 범위에서 전력 공급 SAFT DD 사이즈 배터리 (9AH) 공간의 사용을 확장처럼 화성의 임무를 수행하는 요구를 충족 할 수 있도록 ℃ (-40 ℃, 특정 에너지 C / 10은 여전히 95Wh / kg까지이다).
전해액의 저온 특성의 비율로 용제의 영향을 연구하기 위해, 위스콘신, 다음 표에 도시 된 전해액의 다양한 제형 (부극 시험 전지 NCM111 (0.93mAh / cm2) 양극 / 흑연 밀워키 JANAK Kafle 디자인 대학 버튼 전지는, 상기 테스트 시스템은 배터리 방전)이 열적 평형 (c)에 도달 할 수 있도록, 시험 결과로부터, 전지의 저온 방전 용량이 전해액의 용매의 비에 의존하고, 2 시간 동안 저온에서, 완전 충전 후 1C 25 ℃ 인 환상 용매의 비율이 40 %를 초과하면 저온에서의 전해액의 방전 용량이 현저하게 저하된다.
다음 그림은 저온에서 다른 가산비 EC 전해질 전지의 방전 용량을 나타내며, 우리는 매우 명확도, 환상의 증가 첨가율 크게 용매 EC와 함께 저온에서의 전지의 방전 용량을 알 수있다 낮아.
다음 그림은 EC 저온의 배터리 성능에 작은, 20-30 % 정도로 거의 영향을하고, 방전으로 인해 EC의 첨가 비율을 실험 내내 전지의 저온 방전 용량 (용 용제의 짧은 사슬의 비율의 영향을 도시 함께 검사)에서, 우리는 짧은 사슬의 증가 도면으로부터 알 수있다 용매, 전지의 저온 방전 용량이 현저한 향상을 보여 주었다. 이는 수행 실제로 EC와 DMC의 우리의 일반적인 이해뿐만 포인트 3 ℃와 38 ℃ 녹는 때, 크게 전해질의 낮은 온도 성능에 영향을 미치는 다른 요인이 있어야한다는 제안, 전해액의 융점을 감소하지 않습니다.
전해질의 저온 성능에 영향을 미치는 핵심 요소를 분석하려면이 백서의 첫 번째 표로 돌아 가야합니다. 우리는 전해질 11 #가 -20 ° C에서 약 12 %의 전해질 12 #만을 배출 할 수 있음을 확인했습니다. 두 전해질의 유일한 차이점은 2 % VC 첨가제가 전해질 12 #에 첨가되는 반면 2 % VC 첨가제는 전해질 전도도를 크게 변화시키지 않으며 더 중요한 것은 VC 중 일부는 전지 형성 중에 환원 분해 될 것이므로 전해질 12 #의 저온 성능을 향상시키는 핵심 요소가보다 우수한 SEI 필름을 형성한다고 추론 할 수 있습니다.
아래의 표는 전해액 9, 10 및 12에서 형성된 SEI 막의 C, O, F 및 P 원소의 비율을 비교 한 것입니다. 표로부터, 이들 상이한 SEI 막 사이의 가장 큰 차이점은 F에 있음을 알 수 있습니다. 전해질 10 # 및 12 #에서 형성되는 SEI 막의 F 원소 함유량은 10 % 및 16 %에 불과하지만, 전해질 9 #에 형성된 SEI 막의 F 원소의 함유량은 약 70 %이며, LiF가 많을수록 Li + 확산 저항이 작아 져서 방전 성능이 향상된다는 것을 알 수 있습니다.
우리는 상기 분석 초점은 SEI 필름 상에 음극 조성물로 전송 전해액 모순 저온되었음을 발견. SEI 막 리튬 이온 배터리를 화성 중에, 전해질 성분이 음극 표면에서 분해 다공성 구조를 생성. SEI 막의 기공 밀도 것은 전지의 성능에 중요한 영향을, 음극의 공극율은, 전해액의 표면에있어서의 반응을 방지하기에 너무 높고, 밀도가 리튬 이온의 상당한 확산을 생산하기에는 너무 높기되는 폐쇄. 다음의 표는 25 ℃에서 여러 가지 전해질에 형성된 SEI 필름의 임피던스를 나타낸다.] (C) -20 ℃ 상이한 피팅 결과, 우리는 온도 루피 옴 임피던스 변동 감소 표에서 참고 비교적 작고, SEI에 막 확산 저항 R에 리 + 매우 큰 전하 교환 Rcte 임피던스 변화는 전해질의 이온 전도성의 저하, 전지의 감소 된 저온 성능없는 주요 원인은, 진짜 중요한 요소는, 전지의 저온 성능이 저하되었음을 나타내는 발생할 인터페이스에서 확산과 전하 교환 임피던스가 증가합니다.
상기 분석에 의해 쉽게 볼, 리튬 이온 전지의 전해액과 저온 성능의 영향이 낮고, SEI 막의 별다른 상상 음극 조성물 및 구조체는 우수한 저온 전지 성능의 효과를 훨씬 더 중요하지 SEI에 필름의 임피던스를 감소시키기 위하여 SEI 막이 더 LiF를, 리튬 이온의 확산을 포함한다. 더욱 일반적으로 선형 용매는 DMC와 EMC를 들어, 적은 환상 용매 효과적으로 EC을 향상시킬 수있는, 예를 들어 리튬 이온 배터리의 저온 성능은 더 안정적인 SEI 필름을 만들기 위해 여전히 소량의 EC와 PC를 추가해야합니다.
