첫째, 리튬 이온 전지 전해액
전해질은 리튬 이온 배터리의 네 가지 중요한 물질 중 하나입니다. 리튬 이온 배터리의 피는 리튬 이온 배터리의 고전압 및 고 에너지 에너지를 보장합니다. 전해질은 주로 고순도 유기 용매, 전해질 리튬 염 및 필요한 첨가제의 원료로 이루어지며 일정한 조건 하에서 일정 비율로 제조된다.
1.1 유기 용매
유기 용매는 일반적으로 저점도 용매에서 고유 전율 용매와 혼합된다. 통상적으로 사용되는 전해질 리튬 염은 비용, 안전성 등의 관점에서 과염소산 칼륨, 헥사 플루오로 포스페이트 칼륨, 테트라 플루오로 보레이트 칼륨 등이 있으며, 헥사 플루오로 포스페이트 칼륨은 상업용 리튬 이온 전지에 사용되는 주요 전해질이다.
리튬 이온 배터리 전해질에 일반적으로 사용되는 유기 용매는 에틸렌 카보네이트 (DEC), 디메틸 카보네이트 (DMC), 에틸 메틸 카보네이트 (EMC), 프로필렌 카보네이트 (PC), 아크릴산 B. 에스테르 (EA), 메틸 아크릴 레이트 (MA) 등을들 수있다. 사용 전에 유기 용제를 엄격히 관리해야합니다. 용매의 순도는 안정한 전압과 밀접한 관련이있다. 유기 용제의 수분은 적정한 전해질을 제조하는데 결정적인 역할을합니다. 물을 10-6 이하로 낮추면 헥사 플루오로 포스페이트 (hexafluorophosphate)의 분해를 줄이고 SEI 필름의 분해를 느리게하며 가스 상승을 막을 수 있습니다. 수분 함량은 분 자체 흡착, 대기 또는 진공 증류, 및 불활성 가스의 도입에 의해 달성 될 수있다. 리튬 이온이 빠르게 이동하도록 이온 전도도가 높은 용액을 얻으려면 일반적으로 에틸렌 카보네이트 (EC) + 디메틸 카보네이트 (DMC), 에틸렌 카보네이트 (EC) + 디 에틸 카보네이트 등의 혼합 물질이 일반적이다. 에스테르 (DEC).
1.2 전해질 리튬 염
전해질 리튬 염은 전해질 비용의 약 40 %를 차지하는 최대 전해액 비용을 차지합니다. LiPF6는 가장 일반적으로 사용되는 전해질 리튬 염으로 부극에 안정하고 높은 전기 전도성, 큰 방전 용량, 작은 내부 저항 및 빠른 충전 및 방전 속도를 갖는다. 그러나 습기와 HF에 민감하며 반응은 건조한 대기 (예 : 글로브 박스)에서 수행해야합니다. 고온에 대한 내성이 없으며 80 ~ 100 ℃에서 분해 반응이 일어나 인화 펜타 플루오 라이드와 플루오르 화 리튬을 형성합니다. . 비용, 안전성 등을 고려하면 리튬 헥사 플루오로 포스페이트는 우수한 이온 전도도, 우수한 산화 안정성, 낮은 환경 오염 등의 장점을 가지고 있습니다. 그것은 현재 바람직한 리튬 이온 배터리 전해액이며 상업용 리튬 이온 배터리에도 사용됩니다. 주요 전해질. 또한, 높은 안전성과 우수한 사이클 성능을 가진 LiBF4, LiPF6, LiBOB, LiFSI, LiPF2, LiTDI 및 다른 일련의 리튬 염 전해질 시스템이 주목 받고있다.
1.2.1 리튬 헥사 플루오로 포스페이트
현재, LiPF6의 제조 공정에 관한 관련 연구는 크게 HF 용매 법과 이온 교환법의 두 가지 범주로 나눌 수있다. HF? 용매 법은 LiF를 HF 용매에 용해시킨 후, 인 또는 불소를 함유하는 물질을 직접 도입하고, 반응 후 결정을 증발 또는 냉각시켜 최종 생성물을 수득함으로써 LiPF6를 제조하는 가장 전통적인 방법이다. 이 방법은 산업 장비의 주된 방법이며, 준비된 LiPF6는 고순도 및 양질이며, 하이 엔드 리튬 배터리 생산 요구에 적합하다. 그러나 준비 과정은 장비 및 작동에 대한 높은 수요가 있으며 LiPF6에 남아있는 HF는 배터리 성능에 큰 영향을 미친다.
LiPF6의 또 다른 주요 제조 방법은 밤나무 교환 방법이다. 리튬 함유 화합물과 헥사 플루오로 포스페이트를 유기 용매 중에서 이온 교환하여 LiPF6를 얻는 방법을 말한다. 이온 교환 방법의 주요 특징은 간단하고 쉽다는 것입니다. 그러나 LiPF6 순도 문제로 인해 광범위한 응용이 제한됩니다.
1.2.2 새로운 리튬 염
현재, 높은 안전성 및 우수한 사이클 성능을 갖는 일련의 리튬 염 전해질 시스템이 주목을 받고있다. 전통적인 전해질 리튬 염인 LiPF6과 비교하여, 포괄적 인 능력은 LiPF6와 경쟁 할 수 없지만, LiBOB와 같은 다른 측면에서 확실한 이점을 가지고 있습니까? 좋은 전기 화학적 안정성과 열 안정성을 가지고 있으며, 특정 용매와 반응하여 안정한 형태를 만들 수 있습니까? 멤브레인은 반복 된 에너지 사이클 후에 감쇠 될 수 있습니다. LiFSI는 성능이 우수한 리튬 전지 전해질입니다. 전도성이 우수하고 전극 재료와의 상용 성이 우수합니다. LiBF4는 LiPF6보다 우수한 화학적 및 열적 안정성을 가지며 안전성이 더욱 우수합니다. 그러나 많은 수의 실험 데이터는 단일 리튬 염을 사용하는 피할 수없는 결정이 항상 있음을 증명합니다. 예를 들어, LiFSI는 알루미늄 부식을 일으키기 쉽습니다. LiBF4는 음이온 반경이 비교적 작고, 리튬 이온과의 강한 상호 작용 및 약한 전도성을 갖는다. 전해질 리튬 염으로서 단독으로 사용하는 리튬 이온 전지와 비교하여 성능이 떨어진다. 따라서, 상이한 구조 및 상이한 구조의 리튬 염이 배합되므로, 복합 전해질은 간단한 전해질이 갖지 않는 우수한 특성을 나타내어, 다양한 양상에서 전해질 성능을 향상시킨다.
1.2.3 각종 리튬 염의 장단점
LiBF4 : 저온 성능은 좋지만 비싸고 용해성은 낮습니다.
LiPF6 : 포괄적 인 성능이 더 좋으며 단점은 수분 흡수 및 가수 분해가 쉽다는 것입니다.
LiBOB : 고온 성능이 우수하며 특히 음극에 대한 용매의 삽입 손상을 방지하지만 용해도가 너무 낮습니다.
LiFSI : 환경 친화적 일뿐만 아니라 열 안정성, 습기에 대한 민감성 및 전기 전도성이 우수합니다.
LiPF2 : 리튬 배터리의 고온 사이클 성능 및 저장 성능, 저온 출력 성능, 과충전 방지 및 균형 잡힌 성능을 향상시킵니다.
LiTFSI : 우수한 전기 화학적 안정성, 높은 이온 전도도, 우수한 열 안정성 및 가수 분해가 어렵다.
LiTDI : 리튬 이온 이동량이 매우 높기 때문에 리튬 염의 양이 줄어들고 배터리 비용이 절감됩니다.
1.3.1 첨가제
첨가제에는 여러 종류가 있으며, 리튬 이온 배터리 제조업체마다 배터리 사용 및 성능에 대한 요구 사항이 다르며, 선택한 첨가제의 초점도 다릅니다. 일반적으로 사용 된 첨가제는 주로 다음과 같은 효과가 있습니다.
(1) 필름 성형 첨가제
무기 막 형성 첨가제 : SO2, CO2 및 CO와 같은 작은 분자는 패시베이션 막의 형성을 촉진 할 수 있고, LiI 또는 LiBr과 같은 할라이드의 첨가는 또한 패시베이션 막을 향상시킬 수있다.
유기 필름 형성 첨가제 : 아니 솔 또는 그 할로겐화 유도체와 같은 플루오르 화, 염소화 및 브롬화 유기 화합물은 배터리의 사이클 성능을 향상시키고 배터리의 비가역 용량 손실을 감소시킬 수 있습니다. 그 중에서도, 비닐 렌 카보네이트 (VC)는 매우 양호한 필름 형성 첨가제이다.
(2) 전해질 내의 미량의 물 및 HF 산 첨가제를 감소시키는 것
카르 보디이 미드 화합물은 LiPF6의 산으로의 가수 분해를 방지 할 수있다. 또한, HF를 제거하기 위해 Al2O1, MgO, BaO, Li2CO1, CaCO1 등과 같은 일부 금속 산화물이 사용된다.
(3) 과충전 및 과방 전 첨가물 방지
유기 아민 및 이민, 비 페닐 및 카바 졸과 같은 화합물은 과충전 및 과방 전을 방지하기위한 첨가제로 사용됩니다.
(4) 난연 첨가제
테트라 프로 폭시 실란 (TPOS), 테트라 메 톡시 실란 (TMOS), 유기 불소 화합물 및 할로겐화 알킬 포스페이트와 같은 유기 인 화합물은 고비 점 고 인화점 불연성 화합물에서 난연 첨가제로 사용됩니다.
(5) 저온 성능 첨가물 개선
N, N- 디메틸 트리 플루오로 아세트 아미드, 유기 붕화물, 불소 함유 탄산염 및 기타 저점도 인화점은 전지의 저온 성능 향상에 도움이됩니다.
(6) 다기능 첨가제
12-crown-4를 PC 용제에 첨가 한 후, 전극 계면의 SEI 필름을 최적화하여 전극의 최초 비가역 용량 손실을 줄였습니다. BTE 및 TTFP와 같은 플루오르 화 유기 용매 및 할로겐화 인산염을 전해질에 첨가하면 우수한 SEI 막의 형성에 기여할뿐만 아니라 전해질에 대해 일정하거나 심지어 상당한 난연성을 갖는다.