리튬철인산염에 대한 전해질 내 VC 함량의 영향

비닐렌 카보네이트(VC)는 고온 및 저온 모두에 대한 적응성이 뛰어납니다. 전해질에 VC를 첨가하면 리튬 배터리의 양극 표면에 보다 안정적인 SEI 층을 형성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 따라서 VC의 함량은 인산철리튬(LiFePO₄) 배터리의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 본 논문에서는 특히 낮은-온도 조건에서 LiFePO₄ 배터리의 전기화학적 성능에 대한 VC 함량의 영향을 연구합니다. LiFePO₄ 배터리는 높은 안전성, 긴 사이클 수명, 환경 친화성 및 상대적으로 저렴한 비용으로 인해 신에너지 차량 및 에너지 저장 시스템에 널리 사용됩니다. 그러나 저온(특히 -20도 이하)에서 방전 용량 감소 및 에너지 보유 감소와 같은 문제에 직면하여 추운 지역에서의 사용이 제한됩니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 전해질에 VC와 같은 기능성 첨가제를 첨가하여 저온 이온 전도성을 향상시키고, 부반응을 억제하며, 전극 계면을 안정화시켜 배터리의 저온 성능을 향상시키는 경우가 많습니다.

본 연구에서는 VC 함량(3.0%, 3.2%, 3.5%, 3.8%)이 다른 4가지 종류의 LiFePO₄ 배터리 전해질을 준비하여 파우치 셀에 조립했습니다. 양극에는 LiFePO₄를, 음극에는 인조흑연을 사용하였다. 모든 전지는 동일한 공정 조건에서 제조되었으며, 화성 및 용량 분산을 거쳤다. 저온 방전 용량, DCR(직류 저항), 에너지 효율, 사이클 수명 등 핵심 성능 지표를 체계적으로 비교하기 위해 각 배터리 그룹에 대해 -30도에서 전기화학 테스트를 수행했습니다.

1. 낮은-온도 방전 용량

저온 조건에서 배터리의 CV 곡선을 테스트하고{0}}CV 곡선의 통합 영역에서 배터리 용량을 계산합니다.

VC 함량이 3.5%인 경우 배터리는 -30도(5.6Ah)에서 가장 높은 방전 용량을 나타내어 다른 그룹에 비해 현저히 우수합니다(3.0%, 3.2% 및 3.8%는 각각 4.6Ah, 5.0Ah 및 5.0Ah에 해당함). VC의 적정량은 전해질의 어는점을 낮추고, 이온 이동도를 높이며, 용매 결정화를 억제하여 저온 방전 성능을 향상시킬 수 있습니다.

2. 직류저항(DCR)

배터리의 DCR 테스트에 따르면 VC 함량이 3.5%일 때 DCR이 가장 낮습니다(0.76mΩ). 이는 계면 저항이 낮고 리튬{2}}이온 전송 효율이 높다는 것을 나타냅니다. 과도한 VC 함량(예: 3.8%)은 DCR을 증가시키며, 이는 너무 많은 VC가 계면 반응 저항을 증가시킬 수 있음을 시사합니다.

3. 낮은-온도 에너지 효율성

VC 함량이 3.5%일 때 -30도에서 가장 높은 에너지 효율(82.0%)을 나타내어 다른 그룹(72.5%~79.0%)을 능가하는 배터리이다. 이는 VC가 안정적인 SEI 필름 형성을 촉진하고, 편광 손실을 감소시키며, 에너지 변환 효율을 향상시키기 때문입니다.

4. 사이클 수명

300사이클 이후에는 VC 함량이 3.5%인 배터리가 가장 높은 용량 유지율(97.5%)을 보여 다른 그룹(90.0%~96.1%)보다 우수한 성능을 보였습니다. VC는 사이클링 중에 SEI 필름 결함을 동적으로 복구하고 전해질 분해 및 가스 생성을 억제하여 저온에서 배터리의 사이클 수명을 연장할 수 있습니다.

에이시-BA3040-20배터리 사이클 테스트 장비주기적 충전 및 방전 테스트를 통해 배터리 팩의 수명, 신뢰성, 용량 및 기타 매개변수를 테스트하는 데 사용됩니다.

• VC는 초기 충방전 과정에서 용매 분자보다 먼저 흑연 양극 표면에서 우선적으로 환원되어 Li2CO₃ 등 무기 성분이 풍부한 치밀한 SEI 피막을 형성합니다. 이 필름은 리튬-이온 확산 계수가 상대적으로 높습니다.

• 적절한 양의 VC는 전해질의 용매화 구조를 최적화하고 점도를 낮추며 저온에서 이온 전도도를 향상시킬 수 있습니다.

• 과도한 VC는 SEI 필름을 지나치게 두껍게 만들거나 임피던스를 증가시켜 실제로 성능 향상에 해로울 수 있습니다.

기사에서는 다양한 양의 VC를 비교하는 실험을 수행하고 특정 테스트를 수행하여 이 실험에서 최적의 VC 함량을 확인했지만 VC가 없는 대조군은 포함되지 않았습니다. 따라서 VC를 추가한다고 해서 반드시 배터리 성능이 향상된다고 결론 내릴 수는 없습니다.