鋰離子電池安全性問題
發布時間:2012-02-15
中心議題:
1、使用安全型鋰離子電池電解質
muqianlilizidianchidianjieyeshiyongtansuanzhizuoweirongji,qizhongxianxingtansuanzhinenggoutigaodianchidechongfangdianronglianghexunhuanshouming,danshitamendeshandianjiaodi,zaijiaodidewenduxiajihuishanran,erfudairongjitongchangjuyoujiaogaodeshandianshenzhiwushandian,yincishiyongfudairongjiyouliyuyizhidianjieyederanshao。muqianyanjiudefudairongjibaokuofudaizhihefudaimi。
zurandianjieyeshiyizhonggongnengdianjieye,zheleidianjieyedezurangongnengtongchangshitongguozaichangguidianjieyezhongjiaruzurantianjiajihuodede。zurandianjieyeshimuqianjiejuelilizidianchianquanxingzuijingjiyouxiaodecuoshi,suoyiyouqishoudaochanyejiedezhongshi。
使shi用yong固gu體ti電dian解jie質zhi,代dai替ti有you機ji液ye態tai電dian解jie質zhi,能neng夠gou有you效xiao提ti高gao鋰li離li子zi電dian池chi的de安an全quan性xing。固gu體ti電dian解jie質zhi包bao括kuo聚ju合he物wu固gu體ti電dian解jie質zhi和he無wu機ji固gu體ti電dian解jie質zhi。聚ju合he物wu電dian解jie質zhi,尤you其qi是shi凝ning膠jiao型xing聚ju合he物wu電dian解jie質zhi的de研yan究jiu取qu得de很hen大da的de進jin展zhan,目mu前qian已yi經jing成cheng功gong用yong於yu商shang品pin化hua鋰li離li子zi電dian池chi中zhong,但dan是shi凝ning膠jiao型xing聚ju合he物wu電dian解jie質zhi其qi實shi是shi幹gan態tai聚ju合he物wu電dian解jie質zhi和he液ye態tai電dian解jie質zhi妥tuo協xie的de結jie果guo,它ta對dui電dian池chi安an全quan性xing的de改gai善shan非fei常chang有you限xian。幹gan態tai聚ju合he物wu電dian解jie質zhi由you於yu不bu像xiang凝ning膠jiao型xing聚ju合he物wu電dian解jie質zhi那na樣yang包bao含han液ye態tai易yi燃ran的de有you機ji增zeng塑su劑ji,所suo以yi它ta在zai漏lou液ye、蒸(zheng)氣(qi)壓(ya)和(he)燃(ran)燒(shao)等(deng)方(fang)麵(mian)具(ju)有(you)更(geng)好(hao)的(de)安(an)全(quan)性(xing)。目(mu)前(qian)的(de)幹(gan)態(tai)聚(ju)合(he)物(wu)電(dian)解(jie)質(zhi)尚(shang)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)聚(ju)合(he)物(wu)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)應(ying)用(yong)要(yao)求(qiu),仍(reng)需(xu)要(yao)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)研(yan)究(jiu)才(cai)有(you)望(wang)在(zai)聚(ju)合(he)物(wu)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)上(shang)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。相(xiang)對(dui)於(yu)聚(ju)合(he)物(wu)電(dian)解(jie)質(zhi),無(wu)機(ji)固(gu)體(ti)電(dian)解(jie)質(zhi)具(ju)有(you)更(geng)好(hao)的(de)安(an)全(quan)性(xing),不(bu)揮(hui)發(fa),不(bu)燃(ran)燒(shao),更(geng)加(jia)不(bu)會(hui)存(cun)在(zai)漏(lou)液(ye)問(wen)題(ti)。此(ci)外(wai),無(wu)機(ji)固(gu)體(ti)電(dian)解(jie)質(zhi)機(ji)械(xie)強(qiang)度(du)高(gao),耐(nai)熱(re)溫(wen)度(du)明(ming)顯(xian)高(gao)於(yu)液(ye)體(ti)電(dian)解(jie)質(zhi)和(he)有(you)機(ji)聚(ju)合(he)物(wu),使(shi)電(dian)池(chi)的(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)擴(kuo)大(da);將無機材料製成薄膜,更易於實現鋰離子電池小型化,並且這類電池具有超長的儲存壽命,能大大拓寬現有鋰離子電池的應用領域。
常chang規gui的de含han阻zu燃ran添tian加jia劑ji的de電dian解jie液ye具ju有you阻zu燃ran效xiao果guo,但dan是shi其qi溶rong劑ji仍reng是shi易yi揮hui發fa成cheng分fen,依yi然ran存cun在zai較jiao高gao的de蒸zheng氣qi壓ya,對dui於yu密mi封feng的de電dian池chi體ti係xi來lai說shuo,仍reng有you一yi定ding的de安an全quan隱yin患huan。而er以yi完wan全quan不bu揮hui發fa、不bu燃ran燒shao的de室shi溫wen離li子zi液ye體ti為wei溶rong劑ji,將jiang有you希xi望wang得de到dao理li想xiang的de高gao安an全quan性xing電dian解jie液ye。離li子zi液ye體ti是shi在zai室shi溫wen及ji相xiang鄰lin溫wen度du下xia完wan全quan由you離li子zi組zu成cheng的de有you機ji液ye體ti物wu質zhi,具ju有you電dian導dao率lv高gao、液態範圍寬、不揮發和不燃等特點,將離子液體用於鋰離子電池電解液中有望解決鋰離子電池的安全問題。
2、提高電極材料熱穩定性
鋰li離li子zi電dian池chi的de安an全quan問wen題ti是shi不bu安an全quan電dian解jie質zhi直zhi接jie導dao致zhi的de,但dan從cong根gen源yuan上shang來lai說shuo,是shi因yin為wei電dian池chi本ben身shen的de穩wen定ding性xing不bu高gao,熱re失shi控kong的de出chu現xian導dao致zhi的de。而er熱re失shi控kong的de發fa生sheng除chu了le電dian解jie質zhi的de熱re穩wen定ding性xing原yuan因yin,電dian極ji材cai料liao的de熱re穩wen定ding性xing也ye是shi最zui重zhong要yao的de原yuan因yin之zhi一yi,所suo以yi提ti高gao電dian極ji材cai料liao的de熱re穩wen定ding性xing也ye是shi提ti高gao電dian池chi安an全quan性xing的de重zhong要yao環huan節jie,但dan是shi這zhe裏li所suo說shuo的de電dian極ji材cai料liao熱re穩wen定ding性xing不bu但dan包bao括kuo其qi自zi身shen的de熱re穩wen定ding性xing,也ye要yao包bao括kuo其qi與yu電dian解jie質zhi材cai料liao相xiang互hu作zuo用yong的de熱re穩wen定ding性xing。
通常負極材料熱穩定性是有其材料結構和充電負極的活性決定的。對於碳材料,球形碳材料,如中間相碳微球(MCMB)xiangduiyulinpianzhuangshimo,juyoujiaodidebibiaomianji,jiaogaodechongfangdianpingtai,suoyiqichongdiantaihuoxingjiaoxiao,rewendingxingxiangduijiaohao,anquanxinggao。erjianjingshijiegoudeLi4Ti5O12,xiangduiyucengzhuangshimodejiegouwendingxinggenghao,qichongfangdianpingtaiyegaodeduo,yincirewendingxinggenghao,anquanxinggenggao。yinci,muqianduianquanxingyaoqiugenggaodedonglidianchizhongtongchangshiyongMCMB或Li4Ti5O12代dai替ti普pu通tong石shi墨mo作zuo為wei負fu極ji。通tong常chang負fu極ji材cai料liao的de熱re穩wen定ding性xing除chu了le材cai料liao本ben身shen之zhi外wai,對dui於yu同tong種zhong材cai料liao,特te別bie是shi石shi墨mo來lai說shuo,負fu極ji與yu電dian解jie液ye界jie麵mian的de固gu體ti電dian解jie質zhi界jie麵mian膜mo(SEI)的熱穩定性更受關注,而這也通常被認為是熱失控發生的第一步。提高SEI膜的熱穩定性途徑主要有兩種:一是負極材料的表麵包覆,如在石墨表麵包覆無定形炭或金屬層;另一種是在電解液中添加成膜添加劑,在電池活化過程中,它們在電極材料表麵形成穩定性較高的SEI膜,有利於獲得更好的熱穩定性。
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正zheng極ji材cai料liao和he電dian解jie液ye的de熱re反fan應ying被bei認ren為wei是shi熱re失shi控kong發fa生sheng的de主zhu要yao原yuan因yin,提ti高gao正zheng極ji材cai料liao的de熱re穩wen定ding性xing尤you為wei重zhong要yao,在zai產chan業ye界jie正zheng極ji材cai料liao的de開kai發fa也ye更geng受shou關guan注zhu,除chu了le有you其qi價jia格ge較jiao高gao、利li潤run較jiao大da的de原yuan因yin外wai,它ta在zai電dian池chi安an全quan性xing中zhong的de重zhong要yao地di位wei也ye是shi其qi備bei受shou關guan注zhu的de一yi個ge重zhong要yao原yuan因yin。與yu負fu極ji材cai料liao一yi樣yang,正zheng極ji材cai料liao的de本ben質zhi特te征zheng決jue定ding了le其qi安an全quan特te征zheng。LiFePO4由於具有聚陰離子結構,其中的氧原子非常穩定,受熱不易釋放,因此不會引起電解液的劇烈反應或燃燒;而其他過渡金屬氧化物正極材料,受熱或過充時容易釋放出氧氣,安全性差。而在過渡金屬氧化物當中,LiMn2O4在充電態下以λ-MnO2形式存在,由於它的熱穩定性較好,所以這種正極材料也相對安全性較好。此外,也可以通過體相摻雜、表麵處理等手段提高正極材料的熱穩定性。
- 鋰離子電池安全性問題
- 使用氟代溶劑有利於抑製電解液的燃燒
- 在常規電解液中加入阻燃添加劑
1、使用安全型鋰離子電池電解質
muqianlilizidianchidianjieyeshiyongtansuanzhizuoweirongji,qizhongxianxingtansuanzhinenggoutigaodianchidechongfangdianronglianghexunhuanshouming,danshitamendeshandianjiaodi,zaijiaodidewenduxiajihuishanran,erfudairongjitongchangjuyoujiaogaodeshandianshenzhiwushandian,yincishiyongfudairongjiyouliyuyizhidianjieyederanshao。muqianyanjiudefudairongjibaokuofudaizhihefudaimi。
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常chang規gui的de含han阻zu燃ran添tian加jia劑ji的de電dian解jie液ye具ju有you阻zu燃ran效xiao果guo,但dan是shi其qi溶rong劑ji仍reng是shi易yi揮hui發fa成cheng分fen,依yi然ran存cun在zai較jiao高gao的de蒸zheng氣qi壓ya,對dui於yu密mi封feng的de電dian池chi體ti係xi來lai說shuo,仍reng有you一yi定ding的de安an全quan隱yin患huan。而er以yi完wan全quan不bu揮hui發fa、不bu燃ran燒shao的de室shi溫wen離li子zi液ye體ti為wei溶rong劑ji,將jiang有you希xi望wang得de到dao理li想xiang的de高gao安an全quan性xing電dian解jie液ye。離li子zi液ye體ti是shi在zai室shi溫wen及ji相xiang鄰lin溫wen度du下xia完wan全quan由you離li子zi組zu成cheng的de有you機ji液ye體ti物wu質zhi,具ju有you電dian導dao率lv高gao、液態範圍寬、不揮發和不燃等特點,將離子液體用於鋰離子電池電解液中有望解決鋰離子電池的安全問題。
2、提高電極材料熱穩定性
鋰li離li子zi電dian池chi的de安an全quan問wen題ti是shi不bu安an全quan電dian解jie質zhi直zhi接jie導dao致zhi的de,但dan從cong根gen源yuan上shang來lai說shuo,是shi因yin為wei電dian池chi本ben身shen的de穩wen定ding性xing不bu高gao,熱re失shi控kong的de出chu現xian導dao致zhi的de。而er熱re失shi控kong的de發fa生sheng除chu了le電dian解jie質zhi的de熱re穩wen定ding性xing原yuan因yin,電dian極ji材cai料liao的de熱re穩wen定ding性xing也ye是shi最zui重zhong要yao的de原yuan因yin之zhi一yi,所suo以yi提ti高gao電dian極ji材cai料liao的de熱re穩wen定ding性xing也ye是shi提ti高gao電dian池chi安an全quan性xing的de重zhong要yao環huan節jie,但dan是shi這zhe裏li所suo說shuo的de電dian極ji材cai料liao熱re穩wen定ding性xing不bu但dan包bao括kuo其qi自zi身shen的de熱re穩wen定ding性xing,也ye要yao包bao括kuo其qi與yu電dian解jie質zhi材cai料liao相xiang互hu作zuo用yong的de熱re穩wen定ding性xing。
通常負極材料熱穩定性是有其材料結構和充電負極的活性決定的。對於碳材料,球形碳材料,如中間相碳微球(MCMB)xiangduiyulinpianzhuangshimo,juyoujiaodidebibiaomianji,jiaogaodechongfangdianpingtai,suoyiqichongdiantaihuoxingjiaoxiao,rewendingxingxiangduijiaohao,anquanxinggao。erjianjingshijiegoudeLi4Ti5O12,xiangduiyucengzhuangshimodejiegouwendingxinggenghao,qichongfangdianpingtaiyegaodeduo,yincirewendingxinggenghao,anquanxinggenggao。yinci,muqianduianquanxingyaoqiugenggaodedonglidianchizhongtongchangshiyongMCMB或Li4Ti5O12代dai替ti普pu通tong石shi墨mo作zuo為wei負fu極ji。通tong常chang負fu極ji材cai料liao的de熱re穩wen定ding性xing除chu了le材cai料liao本ben身shen之zhi外wai,對dui於yu同tong種zhong材cai料liao,特te別bie是shi石shi墨mo來lai說shuo,負fu極ji與yu電dian解jie液ye界jie麵mian的de固gu體ti電dian解jie質zhi界jie麵mian膜mo(SEI)的熱穩定性更受關注,而這也通常被認為是熱失控發生的第一步。提高SEI膜的熱穩定性途徑主要有兩種:一是負極材料的表麵包覆,如在石墨表麵包覆無定形炭或金屬層;另一種是在電解液中添加成膜添加劑,在電池活化過程中,它們在電極材料表麵形成穩定性較高的SEI膜,有利於獲得更好的熱穩定性。
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正zheng極ji材cai料liao和he電dian解jie液ye的de熱re反fan應ying被bei認ren為wei是shi熱re失shi控kong發fa生sheng的de主zhu要yao原yuan因yin,提ti高gao正zheng極ji材cai料liao的de熱re穩wen定ding性xing尤you為wei重zhong要yao,在zai產chan業ye界jie正zheng極ji材cai料liao的de開kai發fa也ye更geng受shou關guan注zhu,除chu了le有you其qi價jia格ge較jiao高gao、利li潤run較jiao大da的de原yuan因yin外wai,它ta在zai電dian池chi安an全quan性xing中zhong的de重zhong要yao地di位wei也ye是shi其qi備bei受shou關guan注zhu的de一yi個ge重zhong要yao原yuan因yin。與yu負fu極ji材cai料liao一yi樣yang,正zheng極ji材cai料liao的de本ben質zhi特te征zheng決jue定ding了le其qi安an全quan特te征zheng。LiFePO4由於具有聚陰離子結構,其中的氧原子非常穩定,受熱不易釋放,因此不會引起電解液的劇烈反應或燃燒;而其他過渡金屬氧化物正極材料,受熱或過充時容易釋放出氧氣,安全性差。而在過渡金屬氧化物當中,LiMn2O4在充電態下以λ-MnO2形式存在,由於它的熱穩定性較好,所以這種正極材料也相對安全性較好。此外,也可以通過體相摻雜、表麵處理等手段提高正極材料的熱穩定性。
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