リチウムイオン電池電解液の低温性能を向上させる方法

リチウムイオン電池は、今日最も成功している化学エネルギー貯蔵電池として、家電製品のフットプリントの1つであり、電気自動車への開放性を高めるだけでなく、優れた性能を発揮するリチウムイオン電池は、温度や低温に非常に敏感であり、低下を引き起こしますリチウムイオン電池の性能が向上し、リチウムイオン電池が使用できなくなった場合でも、低温充電によりリチウムデンドライトが生成され、リチウムイオン電池の低温性能を向上させると研究者らは提唱しました。 MartaKasprzykワルシャワ工科大学、人々はアモルファス電解質の技術を提唱し、電解質温度を使用して-60℃に拡張するなど、さまざまな対策を講じます。上海大学のXia Yong yao教授、酢酸エチル、電解質はもちろん、電池温度の特殊材料をさらに75℃に下げます。もちろん、すべての研究が電解質に焦点を当てているわけではありません。ペンシルベニア大学GuangshengZhangほかは、内蔵のNi加熱バッテリーを設計し、40℃から常温に回復するのに必要なのは112秒だけで、低温で使用されるリチウムイオンバッテリーの利便性を大幅に向上させます。 。

リチウムイオン電池の性能向上は低温低温性能向上の鍵であり、通常の市販のリチウムイオン電池電解質の粘度は低温で急速に上昇し、導電率は急激に低下します。一般的な市販のリチウムイオン電池電解質LB303を使用します。たとえば、常温で10 mS / cmのイオン伝導率ですが、40℃では0.02 mS / cmまで急激に低下し、リチウムイオン電池の低温放電性能に大きな影響を与えるため、リチウムイオン電池は、電解質の低温性能を向上させるための鍵です。


リチウムイオン電池電解質の低温性能を改善する方法について、米国、ウィスコンシン大学のミルウォーキーJanakKafleは、電解質溶媒の比率を調整するだけで、電解質に特別な添加剤を追加する必要はないと考えています。電解質の低温性能を向上させます。環状炭酸塩の種類の溶媒のJanakKafle研究は、電解質の低温性能を低下させる可能性があり、直鎖溶媒は電解質の低温性能を向上させる可能性があります。

以下は、リチウムイオン電池溶媒のすべての分子構造に共通するものと、基本的な物理的および化学的指標のいくつかを示しています。リングの一般的な溶媒ECの写真から、ECは負の形でより良い安定性を助けることができます。 SEIフィルムなので、電解液にECを追加したいのですが、ECの高融点（38℃）と高粘度の特性により、低温下での接合EC電解液の導電率が高くなり、性能への影響が少なくなります。低温での電解質DMC、EMCなどの溶媒の直鎖は比較的低粘度で電気化学的安定性が高いため、リチウムイオン電池電解質の低温性能を向上させるために、通常、さまざまな溶媒混合法を使用して改善します宇宙電力などの電解質溶媒の混合を最適化することによる、ジェット推進研究所MCSマートでの米国などの電解質の低温性能火星ミッションのニーズを満たすことができるように、50〜40℃（40℃まで、エネルギーよりもC / 10が95wh / kgに達することができる）に拡張された温度範囲を使用するサプライヤーSAFT DDサイズバッテリー（9 ah）。


電解質温度の特性に対する溶媒の影響のさまざまな割合を研究するために、ウィスコンシン大学で、ミルウォーキーJanakKafleは電解質のさまざまな配合を設計しました（下の表に示すように、NCM111のテストバッテリー（0.93 mAh / cm2 ）ポジティブ/グラファイトアノードボタンセル、テストシステムは25℃、1c、低温で2時間、5cのバッテリー放電後の熱バランスを達成する）、テスト結果の観点から、バッテリー放電容量の低温は依存していました電解液の溶剤比では、環状溶剤の40％以上になると、低温放電容量の電解液が大幅に減少します。


下の図は、低温での異なるEC添加率電解質電池の放電容量を示しています。写真から非常にはっきりと観察できます。低温での電池の放電容量は、環状溶剤のEC添加率の増加に伴って大幅に減少しました。


下の図は、低温でのバッテリー放電容量に対する短鎖溶媒の影響のさまざまな比率を示しています（ECが実験全体で非常に小さな割合を追加するため、20〜30％しかないため、バッテリーの低温性能が影響を受けるので、調査と）一緒に、短鎖溶媒の増加に伴う写真から、バッテリー放電容量の低温が大幅に改善されたように見えました。これは実際には私たちの定期的な理解ではありませんが、それぞれ3℃と38℃でのDMCとECの融点は電解質の融点を大幅に低下させないため、これは電解質の低温特性に影響を与える他の要因があるに違いないことを示唆しています。


電解質の温度性能に影響を与える重要な要因を分析するために、この記事の最初の形式に戻る必要があります。電解質11＃は-20℃の電解質＃12の下で容量の約80％までしか放出できないことに気付きました。そして、電解質を含むこれら2種類の電解質の唯一の違いは、12＃VC添加剤で2％増加しましたが、VC添加剤の2％は電解質の導電率を大きく変化させません。さらに重要なのは、バッテリーの還元分解へのプロセスが発生するので、電解質12＃につながるより良い低温性能が重要な要素のより良いSEIフィルムが形成されると推測できます。

次の表では、SEI膜の形成の電解質9、10、および12で、C、O、F、およびP元素の比率を比較しています。表から、SEIの違い、Fの最大の違いに気付くことができます。約70％のSEI膜の形成における9＃の電解質中の元素、電解質中のF元素の含有量10＃および12＃SEI膜の形成のF元素含有量はわずか10％および16％であり、 LiFが多いほど、Li +拡散インピーダンスが小さくなり、放電性能が向上することがわかっています。


上記の分析から簡単に見つけることができますが、競合の焦点は低温での電解質伝導率からあり、SEIフィルムのカソードに移動します。SEIはリチウムイオン電池に入ると、多孔質構造の電解質分解の組成です。カソード表面：SEIの多孔性と密度はバッテリーの性能に大きな影響を与えます。高い多孔性はカソード表面の電解質のさらなる反応を停止させる可能性がありますが、密度が高すぎて重大な障害物でのLi +拡散にはなりません。フィッティング結果のインピーダンス下で異なる電解質25℃と20℃の異なる形態のSEIフィルム、表から、温度低下オーム抵抗Rsの変化は比較的小さく、SEIフィルムの拡散抵抗Rと電荷のLi +であることがわかりました交換インピーダンスRcteには非常に大きな変化がありました。これは、電解質イオンの導電率が低いことが低温性能バットの主な原因ではないことを示唆しています。重要な要素のバッテリー低温性能の低下に実際につながったのは、界面拡散と電荷交換インピーダンスの増加です。



上記の分析を通して理解するのは難しいことではありません、リチウムイオン電池用の電解質の低温伝導率は低温性能の影響はそれほど大きくありませんでした、そして低温性能のためのSEIフィルムの組成と構造のカソードバッテリーの容量がはるかに重要であるため、良好なSEIフィルムの影響には、より多くのLiFが含まれているため、SEIフィルムのLi +拡散インピーダンスが低下します。一般に、EMCやDMCなどの鎖状溶媒は多く、ECなどの環溶媒は少なくなります。リチウムイオン電池の低温性能を効果的に向上させることができますが、より安定したSEI膜を形成するために、少量のECとPCを追加する必要があります。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。