鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2031次 | 2018年05月15日
如何抑制鈦酸鋰電池的脹氣?
目前抑制鈦酸鋰電池脹氣的解決方案主要有三種,第一、LTO負(fù)極材料的加工改性,包括改進(jìn)制備方法和表面改性等;第二、開發(fā)與LTO負(fù)極相匹配的電解液,包括添加劑、溶劑體系;第三、提高電池工藝技術(shù)。
?。?)提高原材料純度,避免制造過程中雜質(zhì)的引入。雜質(zhì)顆粒不僅會催化電解質(zhì)的分級產(chǎn)生氣體,同時也將大大降低鋰電池的性能、循環(huán)壽命和安全性,因此必須盡可能減少電池中雜質(zhì)的引入。
(2)鈦酸鋰表面覆蓋納米碳顆粒。負(fù)極LTO形成氣體的表觀原因是SEI膜形成較慢,較少,導(dǎo)致脹氣現(xiàn)象伴隨其一生。研究發(fā)現(xiàn),在鈦酸鋰和電解液界面之間建立隔絕層(如構(gòu)建納米碳包覆層于鈦酸鋰表面(LTO/C),協(xié)同包覆層上形成的固體電解質(zhì)界面(SEI)膜一方面減少了LTO材料與電解質(zhì)的接觸面積,阻止氣體的產(chǎn)生。
另一方面碳本身可以產(chǎn)生SEI膜彌補(bǔ)LTO的不足,同時還可以增強(qiáng)LTO材料的導(dǎo)電性。上述研究成果對解決鈦酸鋰電池產(chǎn)氣行為具有重要的意義,對高能量的鈦酸鋰動力電池設(shè)計與規(guī)?;瘧?yīng)用和發(fā)展具有促進(jìn)作用。
?。?)改善電解液功能性。對于新型電解液的開發(fā),很多專利都傾向于添加劑的使用,以促成在LTO表面形成致密SEI膜,來抑制LTO與電解液界面副反應(yīng)的發(fā)生。某些電解劑添加劑,例如氟化的碳酸鹽和磷酸鹽,有利于在正極表面形成穩(wěn)定SEI膜,減少正極表面金屬離子的溶解,從而降低氣體的產(chǎn)生。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
成膜添加劑也能抑制產(chǎn)氣量,加入的成膜添加劑有硼酸鋰鹽、丁二腈或己二腈、R-CO-CH=N2結(jié)構(gòu)的化合物(其中R為C1~C8的烷基或苯基)、環(huán)狀磷酸酯、苯基衍生物、苯乙炔衍生物、LiF添加劑等,這些成膜添加劑都有利于LTO表面形成SEI膜,一定程度上抑制了脹氣的發(fā)生。
(4)正極表面涂層。在正極表面覆蓋穩(wěn)定的化合物,例如氧化鋁等能夠有效抑制金屬離子溶解。但是過于復(fù)雜的包覆層會抑制鋰離子脫嵌,影響材料電化學(xué)性能。
(5)提高電池生產(chǎn)工藝。電池生產(chǎn)時,要控制環(huán)境濕度、操作過程水分引入等。從氣體的產(chǎn)生原因可知,空氣中的水分會與正極材料反應(yīng)形成碳酸鋰并加速電解質(zhì)分解,生成二氧化碳。此外,鈦酸鋰材料本身具有極強(qiáng)的吸水性(需要在干房進(jìn)行操作),負(fù)極極片吸收水分后會與電解液可逆分解所產(chǎn)生的PF5反應(yīng)生成H2,因此嚴(yán)格的水分控制至關(guān)重要。
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