1-Ethyl-1-Methyl Piperidinium Bis(Trifluoromethanesulfonyl)Imide as a Co-Solvent for Li-ion Battery Electrodes

In the study, a room temperature ionic liquids as a co-solvent was used to evaluate the feasibility with various electrodes in Li-ion batteries. 1-Ethyl-1-methyl piperidinium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide(PP12 TFSI) is an ionic liquid that melts at $85^{\circ}C$. Pure PP12 TFSI is not able to be used as an electrolyte because it is a solid salt at room temperature. PP12 TFSI is mixed with EC/DEC(1/1 vol.%) to prepare mixed solvents. The electrolyte 1.5M $LiPF_6$ in a mixed solvent having 44 wt.% PP12 TFSI is prepared to evaluated the various electrodes. The electrolytes provides good cycles life of cells with $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4(LNMO)$, $LiFePO_4(LFP)$, $Li_4Ti_5O_{12}(LTO)$ and artificial graphite. Further improvement of the cell performances can be accomplished by enhancing wettability of electrolytes to electrodes.

혼합 용매로서의 1-Ethyl-1-Methyl Piperidinium Bis(Trifluoromethanesulfonyl)Imide의 리튬 이차 전지용 전극별 거동

본 연구에서는 리튬 이차 전지의 가연성이 높은 액체 전해액의 대체 또는 개선을 위하여 이온성 액체 전해액으로 전극들에서의 거동을 관찰하였다. 이온성 액체인 1-ethyl-1-methyl piperidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(PP12 TFSI)는 녹는점이 $85^{\circ}C$이므로 상온에서 고체상이다. PP12 TFSI를 단독으로 전해액에 사용할 수 없으므로 리튬 이온 전지용 용매와 혼합하여 사용한다. PP12 TFSI를 50 wt.% 이상 사용하면 난연성이 아주 좋은 반면에 점도가 높아서 전해액 함침이 어렵다. 이온성 액체의 비율을 44 wt.%(이온성 액체:용매=1:1.25 wt.%)로 맞추고, 혼합한 용매는 EC/DEC(1/1 vol.%)이며, $LiPF_6$의 농도가 1.5 M이 되도록 전해액을 준비하여 연구하였다. 준비한 전해액은 자가소화시간 25초의 준수한 난연성을 가지고 있으며, 여러 종류의 전극에서도 우수한 수명 성능을 보여주었다. 적용된 전극은 $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4(LNMO)$, $LiFePO_4(LFP)$, $Li_4Ti_5O_{12}(LTO)$, artificial graphite이며, 특히 음극으로 사용된 artificial graphite에서의 전해액 분해를 방지하기 위한 첨가제의 거동도 관찰하였다. 여전히 전극으로의 함침의 문제가 다소 관찰이 되었으며 이런 문제가 개선될 수 있는 최적화된 혼합 이온성 액체 전해액이 개발된다면 이온성 액체의 난연성 특성은 더욱 활용성이 높아질 것이다.