锂电质料是怎样影响电池清静性能

2024-07-05

　　锂离子电磁热失控历程
　　电池热失控都是由于电池的生热速率远高于散热速率，且热量大宗累积而未实时散发出去所引起的。从实质上而言，“热失控”是一个能量正反响循环历程：升高的温度会导致系统变热，系统变热后温度升高，又反过来让系统变得更热。不严酷的划分，电池热失控可以分为三个阶段：
　　第1阶段：电池内部热失控阶段
　　由于内部短路、外部加热，或者电池自身在大电流充放电时自身发热，使电池内部温度升高到90℃～100℃左右，锂盐LiPF6最先剖析；关于充电状态的碳负极化学活性很是高，靠近金属锂，在高温下外貌的SEI膜剖析，嵌入石墨的锂离子与电解液、黏结剂会爆发反应，进一步把电池温度推高到150℃，此温度下又有新的强烈放热反应爆发，例如电解质大宗剖析，天生PF5,PF5进一步催化有机溶剂爆发剖析反应等。

　　第2阶段：电池鼓包阶段
　　电池温度抵达200℃之上时，正极质料剖析，释放出大宗热和气体，一连升温。250-350℃嵌锂态负极最先与电解液爆发反应。
第3阶段：电池热失控，爆炸失效阶段
　　在反应爆发历程中，充电态正极质料最先爆发强烈剖析反应，电解液爆发强烈的氧化反应，释放出大宗的热，爆发高温顺大宗气体，电池爆发燃烧爆炸。
　　锂离子电池清静质料性
　　负极质料
　　负极质料虽然较量稳固，但嵌锂状态下的碳负极在高温下会
　　负极与电解液之间的反应包括以下三个部分：SEI的剖析；嵌入负极的锂与电解液的反应；嵌入负极的锂与黏结剂的反应。常温下电子绝缘的SEI膜能够避免电解液的进一步剖析反应。但在100℃左右会爆发SEI膜的剖析反应。SEI放热剖析反应的反应式如下：
　　只管SEI剖析反应热相对较小，但其反应起始温度较低，会在一定水平上增添负极片的“燃烧”扩散速率。
　　在更高温度下，负极外貌失去了SEI膜的�；�，嵌入负极的锂将与电解液溶剂直接反应有C2H4O爆发，可能为乙醛或氧化乙烯。嵌入锂的石墨在300℃以上与熔融的PVDF–HPF共聚物爆发如下反应：
　　反应热随着嵌锂水平的增添而增添，反应热随黏结剂种类差别而差别。通过成膜添加剂或锂盐增添其热稳固性。降低嵌入负极的锂与电解液反应热的途径包括以下两个方面：镌汰嵌入负极的锂和减小负极的比外貌积。镌汰嵌入负极的锂是说在正负极的配比上一定要适当，负极要过量3％～8％左右。降低负极的比外貌也可以有用刷新电池的清静性，有文献报道，碳负极质料比外貌从0.4m2·g–1增添到9.2m2·g–1时，反应速率增添了两个数目级。但若是比外貌过低将会降低电池的倍率性能和低温性能。这需要通过合理的负极结构设计和电解液配方优化，提高锂离子在负极固相扩散速率和获得具有优异离子导电率的SEI膜。另外，只管黏结剂在负极中的重量比十分小，可是其与电解液的反应热十分可观。因此，通过镌汰黏结剂的量或选择合适的黏结剂将有利于改善电池的清静性能。
　　文献通过对专利的剖析也以为解决碳负极质料清静性的要领主要有降低负极质料的比外貌积、提高SEI膜的热稳固性。在现有的海内专利申请中，刷新负极质料及结构进而提高电池清静性能的相关手艺。
　　电解液
　　锂离子电池电解液基本上是有机碳酸酯类物质，是一类易燃物。常用电解质盐六氟磷酸锂保存热剖析放热反应。因此提高电解液的清静性对动力锂离子电池的清静性控制至关主要。
　　LiPF6的热稳固性是影响电解液热稳固的主要因素。因此，现在主要改善要领是接纳热稳固性更好的锂盐。但由于电解液自己剖析的反应热十分小，对电池清静性能影响十分有限。对电池清静性影响更大的是其易燃性。降低电解液可燃性的途径主要是接纳阻燃添加剂。
　　现在，引起人们重视的锂盐有LiFSI［双（氟磺酸）亚胺锂］和硼基锂盐。其中，双草酸硼酸锂（LiBOB）的热稳固性较高，剖析温度为302℃，可在负极形成稳固的SEI膜。LiBOB作为锂盐和添加剂可以刷新电池的热稳固性。另外，二氟草酸硼酸锂（LiODFB）连系了LiBOB和四氟硼酸锂（LiBF4）的优势，也有希望用于锂电池的电解液中。
　　除了电解质盐的刷新，还应接纳阻燃添加剂刷新电池的清静性能。电解液中的溶剂之以是会爆发燃烧，是因其自己爆发了链式反应，如能在电解液中添加高沸点、高闪点的阻燃剂，可改善锂离子电池的清静性。已报道的阻燃添加剂主要包括三类：有机磷系、氟代碳酸酯和复合阻燃添加剂。只管有机磷系阻燃添加剂，具有较好的阻燃特征和优异的氧化稳固性，但其还原电位较高，与石墨负极不兼容，黏度也较高，导致电解液电导率降低和低温性能变差。加入EC等共溶剂或成膜添加剂可以有用提高其与石墨的兼容性，但降低了电解液的阻燃特征。复合阻燃添加剂通过卤化或引入多官能团能提高其综合性能。另外氟代碳酸酯由于其闪点高或无闪点、有利于在负极外貌成膜、熔点低等特点，也具有较好的应用远景。
　　隔膜
　　现在，已商品化的锂离子电池隔膜主要有三类，划分为PP/PE/PP多层复合微孔膜、PP或PE单层微孔膜和涂布膜。普遍使用的隔膜主要为聚烯烃微孔膜，这种隔膜的化学结构稳固，力学强度优良，电化学稳固性好。
　　隔膜笔直偏向上的机械强度越高，电池爆发微短路的概率就越��；隔膜的热缩短率越小，电池的清静性能越好。隔膜的微孔关闭功效也是刷新动力电池清静性的另一要领；凝胶类聚合物电解质具有较好的保液性，接纳这种电解质的电池比通例液态电池具有更好的清静性；除此，陶瓷隔膜也可以刷新电池的清静性。常见的海内专利文献对锂电池隔膜的制备和处置惩罚类型。

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