리튬이온 배터리(Lithium battery)는 전기화학 체계에 리튬(금속 리튬, 리튬 합금, 리튬 이온, 리튬 폴리머 포함)이 포함된 배터리를 말한다.

리튬이온전지의 기본 구성은 양극, 음극, 전해액, 기타 부품 등을 포함한다.리튬이온전지는 에너지 밀도가 높고 출력 전압이 높으며 순환 수명이 길고 환경오염이 적다는 장점 때문에 전자제품, 전기차, 항공우주 등 분야에서 매우 중요한 응용을 하고 있다.

리튬이온전지에서 가장 중요한 구성 부분은 전극 재료와 전해액이다.그중 리튬이온 배터리 전해액 주요 성분 소개:

투명 무색 액체 (>35 ℃), 실온 시 결정 고체.비등점: 248℃/760mmHg, 243-244℃/740mmHg;플래시: 160 ℃;밀도: 1.3218;굴절률: 1.4158(50℃);융해점: 35-38 ℃;본 제품은 폴리아크릴로니트릴, 폴리염화비닐의 좋은 용제이다.전지 공업에서 리튬이온 전지 전해액의 우수한 용제로 쓸 수 있다.

우수한 극성 용제의 일종이다.본 제품은 주로 고분자 작업, 가스 분리 작업 및 전기화학에 사용된다。

무색 액체, 약간의 냄새;증기압 1.33kPa/23.8 ℃;플래시 포인트 25 ℃ (가연성 액체는 증기로 휘발하여 공기 중으로 뛰어 들어갈 수 있습니다. 온도가 높아지고 휘발이 빨라집니다.) 용해점 -43 ℃;비등점 125.8 ℃;용해성: 물에 용해되지 않고 알코올, 케톤, 에스테르 등 다수의 유기용제에 혼용할 수 있다.밀도: 상대 밀도 (물 = 1) 1.0;상대 밀도 (공기 = 1) 4.07;안정성: 안정성,위험 표시 7 (가연성 액체);주요 용도: 용매 및 유기합성용。

용제작업 전해액의 기초이자 용질과 첨가제의 운반체이다.용제의 성질은 그것의 성분과 분자 구조에 달려 있다.용제 분자 상호간의 작용력은 용제의 점도, 증기압, 응고점과 비등점 등을 결정한다.용제분자와 용질분자 사이의 작용력은 또 용질의 용해도와 용제화 정도에 영향을 준다.이와 동시에 용제는 또 작업전해액의 운용온도규모를 결정하는 관건적인 요소의 하나로서 전해콘덴서의 전기기능에 극히 큰 영향을 준다.

작업 전해액에 사용되는 용매에는 다음과 같은 기본 요구 사항이 있습니다.

전해액 고온 장수명의 영향 요소는 주로 포화증기압치, 고온 안정성 성능, 섬화전압, 산화효능 및 산화막 성능 등이 있다.리튬이온전지 제품의 고온 장수명을 보장하기 위해 전해액은 다음과 같은 성능을 가져야 한다: 매우 낮은 포화증기압은 휘발을 감소시킨다;아주 좋아의 고온 안정성은 고온 성능의 열화를 방지합니다.높은 플래시 전압은 뚫리는 것을 방지하기 위한 것이다;높은 산화 효율은 손상된 산화막을 제때에 복구하여 누전류 등을 낮출 수 있다.

그중 전해액은 리튬이온전지의 고온장수명제품의 관건이다.전해액의 포만 증기압은 용제의 포만 증기압에 달려 있기 때문에, 작은 포만 증기압이 있는 전해액은 전해 콘덴서의 수명을 크게 높일 수 있다.최근 몇 년 동안 리튬이온 배터리로 인한 화재, 심지어 폭발에 관한 보도는 이미 자주 볼 수 있는데, 주로 전해액의 증기압이 클수록 휘발성이 커지기 때문인데, 배터리의 고온 사용 과정에서 전해액의 휘발 성능의 증대를 더욱 가속화하여 배터리 내부의 압력이 너무 큰 결과를 초래했다.이에 따라 리튬이온전지의 안전 문제가 보편적인 관심을 끌고 있다.이와 동시에 안전문제도 리튬이온전지가 대형화, 고에너지화 방향으로 발전하는것을 제약하는 병목이다.

'리튬이온전지 전해액의 안전성 연구 진전'기사에서 전해액의 연소 성능과 전지 전극 재료의 열 안정성 두 가지 측면에서 각각 무섬점 용제와 난연 전해액 방면의 연구 상황, 전극 재료와 전해액 사이와 전해액 자체의 열 안정성 영향 요소와 그 열 안정성을 개선하는 조치를 소개했다.

리튬이온전지의 가장 중요한 구성 부분은 전극 재료와 전해액이다.리튬이온전지는 인화성 유기용제를 전해액으로 사용해 쉽게 휘발된다.그것은 리튬이온전지에서 발생한 화재나 폭발 사고의 주요 원인 중의 하나이다.배터리가 파괴된 후, 유기용제와 그 증기는 쉽게 불이 붙어 화재를 일으키거나 심지어 폭발을 일으킨다.이밖에 리튬이온전지의 안전성능은 또 전극재료와 전해액간의 열안정성을 포함하는데 여기에는 정상적인 충방전과정, 심지어 비정상적인 람용조건에서도 전지 자체가 파괴되지 않는 열안정성이 포함된다.

일반적인 상황에서 전통적인 헥사산 암모늄/에틸렌글리콜 가수체계 작업 전해액을 기초로 하여 성분을 조정하여 전해액의 비등점을 높이고 증기압을 낮추어 요구를 만족시킬 수 있는 우수한 전해액으로 조합하여 적용 범위를 -40~+85 ℃ 에서 -40~+105 ℃ 로 넓히며 다른 어떠한 첨가제도 넣을 필요가 없다.

용제 방면에서, 에틸렌글리콜만 사용하면 우리는 이미 135 ℃ 의 사용 요구를 만족시킬 수 있다고 생각하지만, 기밀성이 좋은 부틸렌글리콜을 사용했기 때문에, 우리는 에틸렌글리콜 및 기타 폴리알코올류 용제를 혼합하여 포화증기압을 낮출 수 있으며, 더욱 효과적으로 콘덴서가 고온으로 작업할 때 너무 일찍 바닥을 드러내는 것을 방지할 수 있다.

중남대학 야금과학과 공정학원에서 발표한"소프트포장 리튬이온전지 유기전해액의 전기화학행위"라는 글에서 소프트포장 리튬이온전지를 제조하고 전해질과 4가지 혼합용제의 전해액으로 구성된 리튬이온전지를 연구하였다.전해액의 증기압과 배터리의 고온 저장 성능 등을 시험했다.

이 글에서 저자는 전해액의 전기화학적 특성을 연구했다.그 중 감마-부틸에스테르가 전해액 증기압에 미치는 영향.소프트 패키징 리튬이온 배터리가 338K의 온도 환경에서 작동할 때 배터리의 두께 변화가 적고 배터리 안전성이 좋다고 언급했다.배터리 두께 증가치는 화장을 거친 후 배터리 두께에 기초하여 일정한 조건에서 배터리의 두께 변화치를 말한다.소프트 포장 리튬 이온 전지는 사용하는 알루미늄 플라스틱 복합막의 재질이 부드럽고 매우 작은 배압으로 인해 전지가 심각하게 팽창할 수 있다.따라서 전해액은 323K 이상의 온도 환경에서 더 낮은 증기압을 가져야 한다.따라서 전해액의 증기압 특성을 어떻게 효과적으로 낮출 수 있는지 연구한다.

아래 그림 3은 전해액 1mol/L LiPF6 EC/DMC(질량비 1:1), 1mol/L LiPF₆EC/GBL(4:3 품질) 및 1mol/L LiPF₆EC/DMC/GBL(4:4:3보다 질량) 273~373K 온도 범위 내의 증기압.그림에서 알 수 있듯이, EC/DMC 전해액의 증기압 값은 온도가 높아짐에 따라 빠르게 증가하는데, 특히 온도가 313K보다 높을 때 증기압의 변화 속도는 매우 크다.EC/GBL과 EC/DMC/GBL 전해액의 증기압의 변화가 비교적 적다는 것은 이 두 전해액이 받는 온도의 영향이 비교적 적다는 것을 설명한다.

그림3 전해액 증기압과 온도의 변화 관계

a:1mol/L LiPF6 EC/DMC(1:1 품질)

b:1mol/L LiPF6 EC/GBL(질량 대비 4:3)

c:1mol/L LiPF6 EC/DMC/GBL(4:4:3 품질)

전반적으로 말하자면, 이 실험 연구를 하는 주요 목적은 어떻게 해야만 전해액의 증기압을 작게 할 수 있는지 연구하는 것이다.전해액의 증기압이 클수록 전해액의 휘발 정도도 커지기 때문에 봉인된 리튬이온전지, 특히 고온 조건에서 내압도 커져 리튬이온전지의 폭발 상황을 초래하기 쉽고 배터리의 사용 수명도 줄일 수 있다.

전해액은 일반적으로 가연성 유기용제이다. 만약 그 증기압이 매우 커서 쉽게 휘발할 수 있다면 저장이나 사용 과정에서 증발이 산실되고 동시에 휘발하는 증기와 공기가 결합하여 불을 만나면 쉽게 화재나 폭발이 발생할 수 있다.그러므로 국가안전감독총국이 인쇄발부한"화학품 물리적 위험성 감정과 분류 관리 방법"및"위험 화물 운송에 관한 건의서"에서 위험화물 인화성 액체 분류 포장 저장 운송에 대해 증기압 테스트의 필요성을 명확히 규정하였다.따라서 증기압의 테스트는 매우 필요하다.

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• 다양한 테스트 기준:거의 모든 포화 증기압 테스트 표준 내장

• 널리 사용되다：휘발유, 항탄, 원유, 액화석유가스, 전해액, 향료, 용제 등을 시험할 수 있다

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