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锂离子电池不再怕冷，新型添加剂来助力
2018-10-19
来源：转载自第三方
近日，香港科技大学的研究人员设计合成了一种基于离子液体的新型电解质添加剂，使得锂离子电池表现出了优异的低温性能。该研究以题为“Improvement of Lithium-Ion Battery Performance at Low Temperature by Adopting Ionic Liquid-Decorated PMMA Nanoparticles as Electrolyte Component”[1]的文章发表在国际知名期刊ACS Applied Energy Materials上。
锂离子电池具有能量密度高、自放电小、输出电压高、循环寿命长和无记忆效应等优点，占据了以手机、笔记本电脑等为代表的消费类电子产品领域的绝大部分市场份额。而随着锂离子电池在电动汽车及军工领域应用的迅速发展，其低温性能不能适应特殊低温天气或极端环境的缺点也愈发明显。低温条件下，锂离子电池的有效放电容量和有效放电能量都会有明显的下降，同时其在低于−10℃的环境下几乎不可充电，这严重制约着锂离子电池的应用。因此一直以来，如何提高锂离子电池的低温性能成为研究人员需要突破的瓶颈。
由于电解液混合溶剂中存在高熔点溶剂，锂离子电池电解液在低温环境下黏度增大，当温度过低时会发生电解液凝固现象，导致锂离子在电解液中传输速率降低。使用电解质添加剂是提高锂离子电池性能最经济和最有效的方法。离子液体因为优异的物理和电化学性能，可以在较宽的温度范围工作（−81~280℃），在提高电池低温性能方面也具有巨大的优势。
在该研究中，研究人员设计了一种新型的电解液添加剂和电解质体系。他们将离子液体分子链通过反应接枝到聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）纳米球上面，形成一个类似于刷子的主体结构，然后将此结构分散在乙酸乙酯（MA）和碳酸丙烯酯（PC）的混合溶剂中形成新的电解质体系。通过对比发现：随着温度的降低，含有该添加剂的电解质表现出比不含添加剂的电解质更加优异的循环性能，在0℃，−20℃和−40℃时，循环后含有添加剂的电解质的容量（107,84和48mA/g）明显高于不含添加剂的电解质的容量（94, 40和5mA/g），而且含有添加剂的电解质循环90圈之后的库伦效率仍保持在99.5%。
通过机理分析发现，锂离子电池低温性能的提高是由于电解质导电率的提高以及稳定且导电性优异的SEI膜的形成：添加剂的加入使电解质体系中自由移动的锂离子的数量大幅增加，从而提高了电解质在室温以及低温时的导电率；自由移动的锂离子增加会减缓充放电时的极化效应，从而形成稳定的SEI膜，同时离子液体的存在使得SEI膜更加导电，并促进锂离子通过SEI膜，以及快速的电荷转移。
低温性能限制了锂离子电池在电动汽车领域、军工领域及极端环境中的应用，该新型添加剂的开发为提升锂离子电池低温工作性能提供了有效途径。
参考文献
[1] Yang Li, Ka Wai Wong, Qianqian Dou, et al. Improvement of Lithium-Ion Battery Performance at Low Temperature by Adopting Ionic Liquid-Decorated PMMA Nanoparticles as Electrolyte Component. ACS Appl. Energy Mater., 2018, DOI:10.1021/acsaem.8b00355.
相关链接：甲基丙烯酸甲酯（MMA）
本文由苏州亚科科技股份有限公司编辑
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