鋰離子電池過(guò)充安全性的研究.pdf

1、鋰離子電池作為可靠的能源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于小型電源驅(qū)動(dòng)設(shè)備，但由于存在安全性問(wèn)題，使其在大型電池(例如：電動(dòng)汽車(chē)EV，混合動(dòng)力汽車(chē)HEV、電動(dòng)工具等)方面的應(yīng)用受到嚴(yán)重限制。隨著鋰離子電池的大型化，系統(tǒng)、深入地研究電池的安全性能十分重要，本文著重研究了電池的過(guò)充安全性能。 向電解液中加入耐過(guò)充添加劑是人們研究的一個(gè)熱點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)鋰離子電池LiCoO2材料表面包覆也是提高了電池過(guò)充安全性能的重要手段之一。本文在這兩個(gè)方面開(kāi)展了系統(tǒng)的工

2、作。電解液方面，根據(jù)鋰離子電池中電解液添加劑應(yīng)滿足的條件，選用了二甲苯和環(huán)己基苯兩種電解液添加劑。通過(guò)循環(huán)伏安的方法研究添加劑的聚合電位，并通過(guò)SEM、EIS、XRD等方法對(duì)添加劑的過(guò)充保護(hù)作用進(jìn)行了探討。在LiCoO2材料方面，用不同的方法在LiCoO2表面分別進(jìn)行Al2O3和MgO包覆。通過(guò)SEM、EDS、TEM、XRD、TG/DTA等方法對(duì)包覆后的材料的熱穩(wěn)定性能和電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。主要結(jié)果如下： (1)二甲苯和環(huán)己基

3、苯均可發(fā)生電聚合反應(yīng)，二甲苯的聚合電位為4.66V(Vs.Li/Li+，下同)，環(huán)己基苯的聚合電位為4.70V。 (2)當(dāng)電池過(guò)充時(shí)，添加劑會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)，形成的聚合產(chǎn)物覆蓋在LixCoO2電極和隔膜表面，阻塞了隔膜表面的微孔，并使電池阻抗增大，進(jìn)而終止反應(yīng)。當(dāng)電解液中二甲苯或環(huán)己基苯含量為5％時(shí)，過(guò)充性能得到改善，電池可耐3C、10V過(guò)充，且對(duì)鋰離子電池的正常充放循環(huán)性能影響不大。 (3)XRD研究表明，Al2O3包覆

4、層以無(wú)定形態(tài)覆蓋在LiCoO2材料表面，MgO包覆層以晶態(tài)覆蓋在LiCoO2材料表面。用兩種方法包覆的LiCoO2材料，其體相結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯改變，表明包覆物只是覆蓋在材料表面，而沒(méi)有進(jìn)入材料體相。 (4)包覆量為5％的兩種材料均可提高LixCoO2(x＜1)材料的熱穩(wěn)定性，且效果相近。當(dāng)包覆量在5％以內(nèi)時(shí)，Al2O3包覆的LiCoO2材料在正常和過(guò)充電電位下均表現(xiàn)出較好的循環(huán)性能。相比較而言，MgO包覆的LiCoO2材料在正常電位

5、下的循環(huán)性能較未包覆的LiCoO2材料有所改善，但容量保持率不如Al2O3包覆的材料，并且在過(guò)充電位下的循環(huán)性能也沒(méi)有改善。這說(shuō)明LiCoO2材料晶體結(jié)構(gòu)的破壞與電解液的參與有關(guān)，Al2O3包覆的LiCoO2材料能夠有效抑制高電位下正極材料和電解液的直接接觸，提高材料的電化學(xué)性能及過(guò)充性能。 (5)以不同包覆量的LiCoO2材料為正極材料制備的鋰離子電池的過(guò)充實(shí)驗(yàn)表明，包覆3％Al2O3的LiCoO2材料可耐3C、10V過(guò)充，包