동결방지 첨가제를 사용한 저온작동 가능한 수계 이차전지

에틸렌글리콜 동결방지 첨가제로 영하 작동이 가능한 수계 리튬전지 전해액

본 기술은 올리빈형 LiFePO4 계열 양극과 Li2SO4 수용액 전해액을 쓰는 수계 리튬 이차전지에 동결방지 첨가제로 에틸렌글리콜을 10~20 wt% 넣어 개질한 전해액과 이를 포함한 전지입니다. 에틸렌글리콜은 저온에서 전극 저항 증가를 억제해 분극을 줄이도록 작용합니다.

수계 리튬 이차전지는 안전성과 비용 측면에서 유리하지만 수성 전해액의 빙점이 높아 저온에서 사이클 성능과 속도 성능이 크게 떨어지는 문제가 있었습니다. 특히 LiFePO4는 전자 및 이온 전도도가 낮아 영하 환경에서 대규모로 활용하기 어려운 한계가 존재했습니다.

본 기술은 에틸렌글리콜 첨가로 전해액 빙점을 낮춰 작동 온도 범위를 넓히면서도 이온 전도도를 유지하고, 저온에서 리튬 이온의 삽입·탈리를 원활하게 만듭니다. 10 wt% 첨가 시 -5℃에서 100 사이클 후 103 mAh/g, 20 wt% 첨가 시 -10℃에서 100 사이클 후 90 mAh/g의 방전 용량을 나타냅니다. 혹한기 옥외 에너지 저장 설비와 군사·항공용 대형 수계 전지에 적용될 수 있어 별도 보온 장치 없이도 겨울철 운용 신뢰성을 확보할 수 있습니다.

‍

‍

Key Features:

• 올리빈형 복합 산화물 양극 활물질과 Li2SO4 수용액 전해액을 사용하는 수계 리튬 이차전지에 적용되는 개질된 전해액
• 동결방지 첨가제로 에틸렌글리콜을 10 wt% 내지 20 wt% 포함하여 저온에서 전극 저항 증가와 분극현상을 억제하는 수계 이차전지용 전해액
• 양극 활물질로 LiFePO4를 사용하고 수성 전해액으로 0.1~10 M, 바람직하게는 1 M Li2SO4 수용액을 사용하는 구성
• 개질된 전해액, 양극, 음극 및 분리막을 포함하여 -10℃에서 100 사이클 후 방전 용량 90 mAh g-1을 나타내는 저온작동 수계 리튬이차전지

‍