Formulating electrolyte for high-performance Li-S battery under extreme temperatures

极端温度下高性能锂硫电池电解质的配制

• 批准号: 22KF0414
• 负责人: 劉 銀珠
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo (2023)National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0414/
• 关键词: リチウム硫黄電池; S@pPAN; 広い温度範充; 電解液設計; 充放電特性

本研究は広い温度範囲（－20℃～80℃）で安定なLi-S電池電解液設計と共に同電池性能向上である。正極としては広い温度範囲でも安定な構造を持ち、反応中間生成物の溶出を防ぐS@pPANを用いた。また、電解液は高フラッシュポイント、難燃生、低沸点を持つ電解液の探索を行った。第一に、高温で作動するLi-S電池開発のため、電解液として約85℃の沸点、－50℃の融点を持ち、引火点がマイナスであるDimethoxyethane（DME）を溶媒として用いた。更に、高温で安定なHydrofluoroether （HFE）を共溶媒とし、1M LiFSi/DME-HFEを作製した。その後、高温特性は25℃～120℃での充放電試験で調べた。Li-S電池は25℃～120℃まで動作が確認できたが、100℃以上では、充放電に伴い電池の劣化が見られた。つきまして、高温範囲を80℃に設定し、充放電を実施した。その結果、80℃環境下でも、約800 ｍAh/gの容量を維持しながら、200サイクルが可能だった。第二に、広い温度範囲（-20℃～60℃）で作動するLi-S電池開発のため、－136℃の融点を持つ1-3 Dioxolance（DOL）を共溶媒として加え、1M LiFSi/DME-DOL-HFE電解液を作製した。まず、60℃での電池特性を調べた結果、90サイクル後でも容量減少は見られず、安定に動作することが確認できた。更に、低温特性は25℃を基準とし、0℃、－20℃、－40℃下での放電特性で確認した。温度の低下にと共に、作動電位は低下するものの、－40 ℃という低温環境下でも放電が可能だった。しかし、充電は－20℃まで可能だったため、低温での電池特性は－20℃のサイクル試験で調べた。Li-S電池は800サイクル後でも容量が64%維持され、非常に長寿命であることが確認できた。

In this study, the temperature range of 囲 (-20℃ to 80℃) で stabilizes なLi-S battery electrolyte design と and に improves battery performance である. The positive と し て は hiroo い temperature fan 囲 で も settle な tectonic を hold ち, anti 応 intermediate product の dissolution を ぐ prevention S @ pPAN を with い た. Youdaoplaceholder0, electrolyte <s:1> high フラッシュポ, フラッシュポ ト, flame-retardant, low boiling point を hold <s:1> electrolyte <e:1>, explore を line った. First に, the high temperature moving で す る Li - S battery open 発 の た め, electrolyte と し て about 85 ℃ の boiling point, and 50 ℃ の melting point を hold ち, flash point が マ イ ナ ス で あ る Dimethoxyethane (DME) を solvent と し て in い た. More に, high-temperature で stabilization なHydrofluoroether (HFE) を co-solvent と, 1M LiFSi/DME-HFEを preparation た. After そ そ, high-temperature characteristics そ 25℃ to 120℃で で charge and discharge test で adjustment べた. Li - S battery は 25 ℃ ~ 120 ℃ ま で action が confirm で き た が, above 100 ℃ で は, charge and discharge に い battery の degradation が see ら れ た. Youdaoplaceholder0 ま て, high-temperature range 囲を80℃に setting, charging and discharging を application た. Youdaoplaceholder0 そ results: at 80 ° C, で で, approximately 800 mAh/g <s:1> capacity を maintains ながら ながら, and 200サ <s:1> が が が が が may だった. Second に, hiroo van 囲 い temperature (20 ℃ ~ 60 ℃) moving で す る Li - S battery open 発 の た め, - 136 ℃ の melting point を hold つ 1-3 Dioxolance (DOL) を solvent と し て え, 1 m LiFSi/DME - DOL - HFE を as electrolyte system し た. ま ず, 60 ℃ で の battery features を adjustable べ た results, 90 サ イ ク ル after で も capacity reducing は see ら れ ず, stable に action す る こ と が confirm で き た. More に, low-temperature characteristics を 25℃を reference と た, で <s:1> discharge characteristics at 0℃, -20℃, -40℃ で confirmation た た. When the temperature is <s:1> low, にと is に; when the action potential is <s:1> low, する する にと う, and in a low-temperature environment of -40 ℃と う う, で <s:1> discharge が may だった. <s:1> サ べた, charging で -20℃まで possible だったため, low-temperature で <s:1> battery characteristics -20℃ <s:1> サ サ べた べた べた test で adjustment べた. Li - 800 S battery は サ イ ク ル after で も が 64% capacity to maintain さ れ, very に long-life で あ る こ と が confirm で き た.