저온 환경에서는 리튬 이온 배터리 성능이 이상적이지 않습니다.일반적으로 사용되는 리튬 이온 배터리가 -10°C에서 작동할 때 최대 충전 및 방전 용량과 단자 전압은 정상 온도에 비해 크게 감소하며[6], 방전 온도가 -20°C로 떨어지면 사용 가능한 용량은 실온 25°C에서 1/3로 줄어들더라도 방전 온도가 낮아지면 일부 리튬 배터리는 충전 및 방전 활동조차 할 수 없어 "배터리 방전" 상태가 됩니다.
1, 저온에서의 리튬 이온 배터리의 특성
(1) 거시적
저온에서 리튬 이온 배터리의 특성 변화는 다음과 같습니다. 온도가 지속적으로 감소함에 따라 오믹 저항과 분극 저항이 서로 다른 정도로 증가합니다.리튬 이온 배터리의 방전 전압은 상온보다 낮습니다.저온에서 충전 및 방전할 경우 상온보다 작동 전압의 상승 또는 하강 속도가 빨라 최대 사용 가능 용량 및 전력이 크게 감소합니다.
(2) 현미경적으로
저온에서 리튬 이온 배터리의 성능 변화는 주로 다음과 같은 중요한 요소의 영향으로 인해 발생합니다.주변 온도가 -20℃보다 낮아지면 액체 전해질이 굳어지고 점도가 급격히 증가하며 이온 전도도가 감소합니다.양극 및 음극 재료의 리튬 이온 확산은 느립니다.리튬 이온은 탈용매화가 어렵고 SEI 필름에서의 전송이 느리며 전하 전달 임피던스가 증가합니다.리튬 덴드라이트 문제는 저온에서 특히 두드러집니다.
2, 리튬 이온 배터리의 저온 성능을 해결하려면
저온 환경에 맞는 새로운 전해액 시스템을 설계합니다.전송 속도를 가속화하고 전송 거리를 단축하기 위해 양극 및 음극 구조를 개선합니다.임피던스를 줄이기 위해 양극 및 음극 고체 전해질 인터페이스를 제어합니다.
(1) 전해질 첨가제
일반적으로 기능성 첨가제의 사용은 배터리의 저온 성능을 향상시키고 이상적인 SEI 필름을 형성하는 데 도움을 주는 가장 효과적이고 경제적인 방법 중 하나입니다.현재 첨가제의 주요 유형은 이소시아네이트 기반 첨가제, 황 기반 첨가제, 이온 액체 첨가제 및 무기 리튬 염 첨가제입니다.
예를 들어, 적절한 환원 활성을 갖는 디메틸 설파이트(DMS) 황 기반 첨가제는 환원 생성물과 리튬 이온 결합이 비닐 설페이트(DTD)보다 약하기 때문에 유기 첨가제의 사용을 완화하면 인터페이스 임피던스가 증가하여 음극 인터페이스 필름의 더 안정적이고 더 나은 이온 전도성.디메틸설파이트(DMS)로 대표되는 아황산에스테르는 유전율이 높고 작동 온도 범위가 넓습니다.
(2) 전해질의 용매
전통적인 리튬 이온 배터리 전해질은 1몰의 육불화인산리튬(LiPF6)을 EC, PC, VC, DMC, 메틸 에틸 카보네이트(EMC) 또는 디에틸 카보네이트(DEC)와 같은 혼합 용매에 용해시키는 것입니다. 용매, 융점, 유전 상수, 점도 및 리튬염과의 호환성은 배터리 작동 온도에 심각한 영향을 미칩니다.현재 상용 전해액은 -20℃ 이하의 저온 환경에 적용하면 쉽게 응고되고, 유전율이 낮아 리튬염이 해리되기 어려우며, 점도가 너무 높아 전지 내부저항이 낮아 배터리 내부저항이 낮아진다. 전압 플랫폼.리튬 이온 배터리는 TiO2(B)/그래핀 음극이 A를 갖도록 전해질 조성(EC:PC:EMC=1:2:7)을 최적화하는 등 기존 용매 비율을 최적화함으로써 더 나은 저온 성능을 가질 수 있습니다. -20℃ 및 0.1A g-1 전류 밀도에서 ~240mA h g-1의 용량.또는 새로운 저온 전해질 용매를 개발하십시오.저온에서 리튬 이온 배터리의 열악한 성능은 주로 전극 재료에 Li+를 매립하는 과정에서 Li+의 느린 탈용매와 관련이 있습니다.DIOX(1, 3-dioxopentylene)와 같이 Li+와 용매 분자 사이의 결합 에너지가 낮은 물질을 선택할 수 있으며, 나노 규모의 티탄산 리튬을 전극 재료로 사용하여 배터리 테스트를 조립하여 감소된 확산 계수를 보상합니다. 더 나은 저온 성능을 달성하기 위해 초저온에서 전극 재료를 사용합니다.
(3) 리튬염
현재 상업용 LiPF6 이온은 전도성이 높고 환경에서 수분 요구 사항이 높으며 열 안정성이 낮고 물 반응에서 HF와 같은 나쁜 가스가 안전 위험을 유발하기 쉽습니다.리튬 디플루오로옥살레이트 붕산염(LiODFB)으로 생산된 고체 전해질 필름은 충분히 안정적이며 더 나은 저온 성능과 더 높은 속도 성능을 가지고 있습니다.LiODFB는 리튬디옥살레이트보레이트(LiBOB)와 LiBF4의 장점을 모두 갖고 있기 때문이다.
3. 요약
리튬 이온 배터리의 저온 성능은 전극 재료, 전해질 등 다양한 측면의 영향을 받습니다.전극재료, 전해질 등 다각적인 관점에서 종합적인 개선을 통해 리튬이온전지의 응용 및 개발을 촉진할 수 있으며, 리튬전지의 응용전망은 좋지만 향후 연구를 통해 기술을 개발하고 완성도를 높여야 한다.
게시 시간: 2023년 7월 27일