鋰離子電池過充安全性的研究.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)動設(shè)備，但由于存在安全性問題，使其在大型電池(例如：電動汽車EV，混合動力汽車HEV、電動工具等)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充安全性能。 向電解液中加入耐過充添加劑是人們研究的一個熱點。同時，對鋰離子電池LiCoO2材料表面包覆也是提高了電池過充安全性能的重要手段之一。本文在這兩個方面開展了系統(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。通過循環(huán)伏安的方法研究添加劑的聚合電位，并通過SEM、EIS、XRD等方法對添加劑的過充保護(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SEM、EDS、TEM、XRD、TG/DTA等方法對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)電池過充時，添加劑會發(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，過充性能得到改善，電池可耐3C、10V過充，且對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)沒有明顯改變，表明包覆物只是覆蓋在材料表面，而沒有進(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，Al2O3包覆的LiCoO2材料在正常和過充電電位下均表現(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，并且在過充電位下的循環(huán)性能也沒有改善。這說明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充實驗表明，包覆3％Al2O3的LiCoO2材料可耐3C、10V過充，包