리튬 이온 배터리에 사용되는 소량의 비 에너지 저장 물질은 배터리의 특정 성능을 크게 향상시킬 수 있으며 이러한 소량을 첨가제라고합니다. 유기 전해질 첨가제는" 낮은 복용량 (일반적으로 부피 또는 질량 비율로 5 % 미만) 및 빠른 효과"의 뛰어난 특성을 가지고 있으며, 이는 비용을 증가시키지 않고 리튬 이온 배터리의 거시적 특성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 배터리 []. 첨가제는 일반적으로 다음과 같은 특성을 가져야합니다.
(1) 배터리의 하나 또는 여러 성능이 적은 사용량으로 향상 될 수 있습니다.
(2) 배터리 성능에 부작용이 없으며 배터리를 구성하는 다른 물질과의 부작용을 일으키지 않습니다.
(3) 유기 전해질과의 상용 성이 우수하며 용매에 쉽게 용해되는 것이 가장 좋습니다.
(4) 가격이 상대적으로 낮고 독성이 없거나 독성이 낮습니다. 현재 리튬 이온 배터리 전해질 첨가제 연구는 주로 다음과 같은 측면에 초점을 맞추고 있습니다.
(1) SEI 필름의 안정성 향상 [7073);
(2) 배터리의 안전 성능 향상 [4-70;
(3) 전해질의 산 및 수분 함량을 제어하십시오.
(4) 전해액의 전도도를 향상시킵니다.
1. 리튬 이온 배터리의 SEI 필름 안정성 향상을위한 첨가제
SE1 (Solid Electrolyte Interface) 필름, 즉 고체 전해질 상 인터페이스 필름은 리튬 이온 배터리의 음극 표면에 형성된 패시베이션 필름으로, 전해질을 탄소 재료 / 리튬 음극과 분리합니다. SE1 필름은 리튬 이온 배터리의 초기 사이클링 중에 형성됩니다. 특정 전위에서 음극 / 전해질 계면에서 유기 용매 분자, 리튬 염 음이온, 불순물 및 첨가제는 환원 분해를 거쳐 불용성 물질을 형성하고 전극 표면에 침착됩니다.
필름 형성 첨가제는 유기 필름 형성 첨가제와 무기 필름 형성 첨가제로 구분됩니다.
유기 필름 형성 첨가제에는 아황산염 첨가제, 하위 명반 첨가제 및 술포 네이트 첨가제가 포함됩니다.
일반적으로 사용되는 아황산염 첨가제에는 비닐 아황산염 (ES), 프로필렌 아황산염 (PS), 디메틸 아황산염 (DMS), 디 에틸 아황산염 (DES) 등이 있습니다. 18]. 탄소 음극 표면에있는 아황산염 첨가제의 환원 및 분해에 의해 형성된 SEI 필름의 주요 구성 요소는 무기 염 LizS, LizSO; 또는 LiuSO 및 유기 염 ROSO2Lil81]. 특정 구성은 전류 밀도와도 관련이 있습니다. 높은 전류 밀도에서 무기 리튬 염이 먼저 생성됩니다.
유기 리튬 염 성분은 0.5V 이하에서만 나타납니다. 낮은 전류 밀도에서 유기 리튬 염은 1.5V에서 침전되고 무기 염은 형성되지 않습니다. 탄소 애노드의 계면에서 다른 아황산염 첨가제의 필름 강도는 ES> PS2DMS> DES입니다.
물질 첨가제 28은 디메틸 아황산염 (DMSO), 부틸 아황산염, 에틸 메틸 아황산염 (EMS), 시클로 프로필 아황산염 (TriMS), 1- 메틸 시클로 프로필 아황산염 (MTS), 에틸 sec- 부틸 아황산염 (EsBS), 에틸 이소 부틸 아황산염 (EiPS) 및 3,3,3-trifluoropropylmethyl sulfite (FPMS) 등
2. 리튬 이온 배터리의 안전 성능을 향상시키는 첨가제
안전 문제는 리튬 이온 배터리 시장의 혁신을위한 중요한 전제 조건이며, 특히 전기 자동차 및 기타 분야의 애플리케이션은 배터리 안전에 대한 더 높고 새로운 요구 사항을 제시합니다. 리튬 이온 이차 전지는 과충전 및 방전, 단락, 대전류로 장시간 작동시 많은 열을 방출합니다. 이 열은 가연성 전해질의 안전 위험이되어 치명적인 열 파괴 (열 폭주) 또는 심지어 배터리 폭발을 일으킬 수 있습니다 [8]. 난연성 첨가제를 추가하면 가연성 유기 전해질을 비가 연성 또는 비가 연성 전해질로 전환하고 배터리'의 열 방출 값과 배터리 자체 발열 속도를 줄일 수 있으며 또한 열 안정성을 높일 수 있습니다. 배터리가 과열되는 것을 방지하기 위해 전해액 자체. 아래에서 타거나 폭발합니다.
3. 리튬 이온 전지 전해액의 산과 수분을 조절하는 첨가제
유기 전해질에 함유 된 미량의 물과 HF는 우수한 SE1 막의 형성에 일정한 영향을 미치며, 이는 전극 계면에서 EC 및 PC와 같은 용매의 반응에서 볼 수 있습니다. 그러나 물과 산 (HF) 함량이 너무 높으면 LiPF 만 발생하는 것은 아닙니다. 분해, SEI 필름을 파괴합니다 [8]. AlbO3, MgO, Bao 및 리튬 또는 탄산 칼슘이 전해질에 첨가제로 첨가되면 전해질의 소량의 HF와 반응하여 HF 함량을 감소시키고 전극 손상 및 LiPF6의 분해를 방지합니다. 전해질의 촉매 작용은 전해질의 안정성을 향상시켜 배터리 성능을 향상시킵니다. 그러나 이러한 물질은 HF 제거 속도가 느리기 때문에 HF가 배터리 성능을 손상시키는 것을 방지하기가 어렵습니다. 일부 산 무수물 화합물은 HF를 빠르게 제거 할 수 있지만 배터리 성능을 손상시키는 다른 산성 물질도 생성합니다. 알칸 디 이민 화합물은 분자의 수소 원자를 통해 물 분자와 약한 수소 결합을 형성하여 물과 LiPF를 방지 할 수 있습니다. 반응은 HF를 생성합니다.
4. 전도성 첨가제
전해질의 높은 전도도는 Lit의 이동 저항을 줄이고 배터리의 충 방전 성능을 향상시키는 중요한 보증입니다. 전도성 첨가제의 역할은 첨가제 분자와 전해질 이온이 배위 반응을 거쳐 리튬 염의 용해 및 이온화를 촉진하고, 용 매화 된 리튬 이온의 용 매화 반경을 줄이며, 용매 공동 삽입으로 인한 손상을 방지하는 것입니다. 전극. 전해질 내 전해질 이온과의 상호 작용에 따라 양이온 상호 작용 유형 (양이온 리간드), 음이온 상호 작용 유형 (음이온 리간드) 및 전해질 이온 상호 작용 유형 (중성 리간드 yl)으로 나눌 수 있습니다.
5. 저온 성능 향상을위한 첨가제
저온 성능은 리튬 이온 배터리의 사용 범위를 넓히는 데 중요한 요소 중 하나이며 현재 항공 우주 기술에서도 필수 요소입니다. N, N-Dimethyltrifluoroacetamide는 저점도 (1.09mPa-s, 25 ℃), 고비 점 (135 ℃), 인화점 (72 ℃)을 가지고 있습니다. 흑연 표면에 좋은 성막 능력을 가지고 있습니다. 양극은 또한 산화 안정성이 우수하고 조립 된 배터리는 저온에서 우수한 사이클 성능을 보입니다. 유기 붕소화물 및 불소 함유 탄산염도 배터리 저온 성능 향상에 도움이됩니다.
6. 다기능 첨가제
동시에 두 가지 이상의 기능을 가진 첨가제를 다기능 첨가제라고합니다. 다기능 첨가제는 리튬 이온 배터리에 이상적인 첨가제입니다. 그들은 다양한 방법으로 전해질의 성능을 향상시킬 수 있으며 리튬 이온 배터리의 전반적인 전기 화학적 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을합니다. 향후 첨가제 연구 개발의 주요 방향이되고 있습니다.
실제로 기존 첨가제 중 일부는 그 자체로 다기능 첨가제입니다. 12-crown-4 ether / 8 등] PC 용매를 첨가 한 후 Li 자체의 전도도를 향상시키면서 전극 표면에 대한 크라운 리간드의 친 전자 성 효과로 인해 Li가 전극 계면에서 용매 분자와 반응 할 가능성이 크게 감소합니다. . Li에 대한 크라운 에테르의 우선적 인 용 매화 효과는 PC 분자의 공동 삽입을 억제하고 전기 분해 인터페이스의 SEI 막이 최적화되어 전극의 첫 번째 비가 역적 용량 손실을 줄입니다. 또한 전해질에 첨가 된 불소계 유기 용제, 할로겐화 인산염 에스테르 (BTE, TTFP 등)는 우수한 SE1 막 형성에 도움이 될뿐만 아니라 전해질에 대한 특정 또는 심지어 명백한 난연 효과를 가지고있어 많은 것을 향상시킵니다. 배터리의 측면. 공연.
