リン酸鉄リチウムに対する電解質中の VC 含有量の影響 - ブログ

Ⅰ． VCの紹介と機能

炭酸ビニレン（VC）は高温、低温に対する適応性に優れています。電解液に VC を添加すると、リチウム電池のアノード表面により安定した SEI 層を形成することができます。したがって、VC の含有量はリン酸鉄リチウム (LiFePO4) バッテリーの性能に大きな影響を与えます。この論文では、低温条件下での LiFePO₄ 電池の電気化学的性能に対する VC 含有量の影響を特に研究しています。-。 LiFePO₄ バッテリーは、安全性が高く、サイクル寿命が長く、環境に優しく、比較的コストが低いため、新エネルギー自動車やエネルギー貯蔵システムに広く使用されています。しかし、低温（特に-20度以下）での放電容量の低下やエネルギー保持力の低下などの問題に直面しており、寒冷地での使用は制限されています。この問題に対処するために、VC などの機能性添加剤が電解液に添加されることが多く、低温でのイオン伝導性を向上させ、副反応を抑制し、電極界面を安定化させ、電池の低温性能を高めます。{9}}

Ⅱ．実験計画

この研究では、異なる VC 含有量 (3.0%、3.2%、3.5%、3.8%) を持つ 4 種類の LiFePO4 バッテリー電解質を調製し、パウチセルに組み立てました。カソードにはLiFePO4を使用し、アノードには人造黒鉛を使用した。すべての電池は同じプロセス条件で製造され、形成と容量のばらつきが生じました。低温放電容量、直流抵抗（DCR）、エネルギー効率、サイクル寿命などの重要な性能指標を体系的に比較するために、電池の各グループに対して30度で電気化学試験が実施されました。

Ⅲ．主な研究成果

1. 低温放電容量-

低温条件下でバッテリーの CV 曲線をテストし、CV 曲線の積分面積からバッテリー容量を計算します。{0}

VC 含有量が 3.5% の場合、バッテリーは -30 度 (5.6 Ah) で最大の放電容量を示し、他のグループよりも大幅に優れています (3.0%、3.2%、および 3.8% はそれぞれ 4.6 Ah、5.0 Ah、および 5.0 Ah に相当します)。適切な量のVCは、電解質の凝固点を下げ、イオン移動度を高め、溶媒の結晶化を抑制することで、低温放電性能を向上させることができます。

2. 直流抵抗 (DCR)

バッテリーの DCR テストでは、VC 含有量が 3.5% の場合、DCR が最低 (0.76 mΩ) であることが示されており、これは界面抵抗が低く、リチウム- イオン輸送効率が高いことを示しています。過剰な VC 含有量 (たとえば 3.8%) は DCR の増加につながり、VC が多すぎると界面反応抵抗が増加する可能性があることを示唆しています。

-30℃ low-temperature battery DCR

3. 低温エネルギー効率-

VC含有量が3.5%の場合、バッテリーは-30度(82.0%)で最も高いエネルギー効率を示し、他のグループ(72.5%~79.0%)を上回ります。これは、VC が安定した SEI 膜の形成を促進し、分極損失を低減し、エネルギー変換効率を高めたためと考えられます。

Energy efficiency of battery discharge at -30℃ low temperature

4. サイクル寿命

300 サイクル後、VC 含有量が 3.5% のバッテリーが最も高い容量保持率 (97.5%) を示し、他のグループ (90.0% ～ 96.1%) を上回りました。 VC は、サイクル中に SEI フィルムの欠陥を動的に修復し、電解質の分解とガスの発生を抑制することで、低温でのバッテリーのサイクル寿命を延長します。

エイシー-BA3040-20バッテリーサイクル試験装置サイクル充放電テストを通じて、バッテリーパックの寿命、信頼性、容量、その他のパラメーターをテストするために使用されます。