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電極熱穩定性對鋰電池安全性有什么影響

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年09月29日  

正極材料和電解液的熱反應被認為是熱失控發生的主要原因,提高正極材料的熱穩定性尤為重要,在產業界正極材料的開發也更受關注,除了有其價格較高、利潤較大的原因外,它在電池安全性中的重要地位也是其備受關注的一個重要原因。與負極材料一樣,正極材料的本質特征決定了其安全特征。LiFePO4由于具有聚陰離子結構,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,由于它的熱穩定性較好,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、表面處理等手段提高正極材料的熱穩定性。


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。對于碳材料,球形碳材料,如中間相碳微球(MCMB)相對于鱗片狀石墨,具有較低的比表面積,較高的充放電平臺,所以其充電態活性較小,熱穩定性相對較好,安全性高。而尖晶石結構的Li4Ti5O12,相對于層狀石墨的結構穩定性更好,其充放電平臺也高得多,因此熱穩定性更好,安全性更高。因此,目前對安全性要求更高的動力電池中通常使用MCMB或Li4Ti5O12代替普通石墨作為負極。通常負極材料的熱穩定性除了材料本身之外,對于同種材料,特別是石墨來說,負極與電解液界面的固體電解質界面膜(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:一是負極材料的表面包覆,如在石墨表面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,它們在電極材料表面形成穩定性較高的SEI膜,有利于獲得更好的熱穩定性。


鋰離子電池的安全問題是不安全電解質直接導致的,但從根源上來說,是因為電池本身的穩定性不高,熱失控的出現導致的。而熱失控的發生除了電解質的熱穩定性原因,電極材料的熱穩定性也是最重要的原因之一,所以提高電極材料的熱穩定性也是提高電池安全性的重要環節,但是這里所說的電極材料熱穩定性不但包括其自身的熱穩定性,也要包括其與電解質材料相互作用的熱穩定性。

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