提高鋰離子電池的安全性、避免熱失控的發生不僅需要從電池材料上做出改變,還需要結合電池配方設計、結構設計和電池組的熱管理設計上多管齊下。鋰離子電池熱失控嚴重威脅著使用者的生命還財產安全,提高鋰離子電池的安全性、避免熱失控的發生不僅需要從電池材料上做出改變,還需要結合電池配方設計、結構設計和電池組的熱管理設計上多管齊下,共同提高鋰電池熱穩定性,減少熱失控發生的可能性。鋰離子電池的工作溫度范圍很窄,在15~45℃之間,如果溫度超過臨界水平,便會發生熱失控。鋰離子電池一旦發生熱失控,會引發停不下來的連鎖反應,溫度在幾毫秒內迅速上升,內部產熱遠高于散熱速率,電池內部積攢大量熱量,使電池變成氣體,導致電池起火和,并且幾乎不能以常規方式撲滅,直接威脅到用戶安全。
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Lim等用共沉淀的方法合成了過渡金屬組分具有梯度過渡的層狀材料,且控制工藝使得這種梯度表現出兩段不同的斜率。經過EPMA檢測顆粒截面,確定其**處組分為Li[Ni0.72Co0.11Mn0.17]O2,表面處組分為Li[Ni0.60Co0.12Mn0.28]O2,全電池1500周容量保持率為88%,充電至4.3 V截止時的可逆容量為200 mA·h/g。Liu等用PVP為螯合劑在Li1.17Ni0.17Co0.17Mn0.5O2(0.4Li2MnO3·LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)表面絡合形成Mg3(PO4)2,烘干后與乙酸鋰混合均勻,并作燒結處理,形成表面雙層混合包覆的材料(**外層包覆層為LiMgPO4,次外層為鹽巖層),認為Mg2+在熱處理時擴散到Li+層起到了支柱作用,***了過渡金屬離子的遷移,并且由于前期的酸處理提高了首周庫侖效率。Yu等用固相法合成了Ti摻雜的富鋰錳基層狀材料[Li0.26Mn0.6–xTixNi0.07Co0.07]O2(0<x<0.1),通過***性原理和聲子力常數的計算表明,鈦離子的引入有效***了錳離子向鋰離子層遷移,解釋了循環過程中電壓下降得到緩解的電化學測試結果。特色無水醋酸鋰醋酸鋰:醋酸乙烯與活性聚丁二烯基鋰反應機理的探討。
導電劑與粘結劑的種類與數量也影響著電池的熱穩定性,粘結劑與鋰在高溫下反應產生大量的熱,不同粘結劑發熱量不同 , PVDF 的發熱量幾乎是無氟粘結劑的2倍 ,用無氟粘結劑代替PVDF可以提高電池的熱穩定性。Jigang Zhou等人**近還通過將復雜復合電極熱失控前后的相分布進行單個電極顆粒層面的成像,并將多種相分離現象在熱失控前后的相關性進行了納米級別的可視化,發現熱失控可能與導電劑以及粘結劑的分布呈現密切的相關性。他們創新性地將具有元素及軌道選擇性、化學與電子結構敏感性的透射X光掃描顯微技術(PEEM)用于研究熱失控下鈷酸鋰層狀電極顆粒在多孔電極中相分離中的行為。熱失控前后相分離在單個電極顆粒層面呈現出超乎預測的不均勻化。這種不均勻化與顆粒尺寸、晶面結構相關性不明顯,但與導電劑以及粘結劑的分布呈現密切的相關性。
近日,中國科學院金屬研究所李峰課題組等人采用三氟乙酸鋰(CF3CO2Li,LiTFA)作為電解液體系的鋰鹽。該鋰鹽含有羰基(C=O)官能團,確保能與電解液中的鋰離子發生較強的溶劑化作用。同時,其含有的-CF3官能團可以大幅度降低鋰鹽的LUMO能級(-2.26 eV),在電解液/鋰負極界面分解生成富含LiF與Li2O的SEI膜。基于此, Li@Cu半電池在1 M-LiTFA-DME/FEC電解液體系中以平均98.8%的庫倫效率穩定循環超過500圈。此外,該電解液擁有超過4.3V的電化學穩定窗口,在與有限的金屬鋰組成的全電池中,實現Li||LFP和Li||NCM622全電池穩定循環超過100圈。碳酸鋰:高分子固體電解質LiNO_3-LiOOCCH_3/聚丙烯酸鋰的合成與性能研究。
提高鋰離子電池的安全性、避免熱失控的發生不僅需要從電池材料上做出改變,還需要結合電池配方設計、結構設計和電池組的熱管理設計上多管齊下。當前引發鋰電池熱失控的因素多種多樣,總結起來主要有過熱、過充、內短路、碰撞等引起的發熱失控。如何提高電池的安全性,把熱失控的風險降至比較低成為人們研究的重中之重。對于單電池來說,其安全性除了與正極材料相關外,還與負極、隔膜、電解液、粘結劑等其他電池組成部分有著很大關系。下面展開講述研究者們是如何在電池材料上降低電池熱失控風險,提高鋰電池安全性。
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探究高溫脈沖退火對實際電化學體系的再生效率。鋰空電池的能量密度優于當下性能比較好的鋰離子電池,在儲能領域有著廣闊的應用前景。然而,鋰空電池高度依賴電極催化劑的性能,后者則易被碳電極和有機電解質的降解副產物鈍化失活。商品化鋰離子電池通常的循環壽命可達400次,相較之下,鋰空電池的循環壽命*約40次。該論文對造成差異的原因進行了研究。光電子能譜、紅外及拉曼結果顯示,鋰空電池的載釕碳電極在經歷40次循環(約200小時運行時間)后,表面形成了碳酸鋰、甲酸鋰和乙酸鋰三種副產物。利用上述裝置對載釕電極施以持續55毫秒、溫度達1700 K的單次電脈沖后,這些含鋰副產物被完全蒸發或降解***,電極表面形貌未受影響,釕納米顆粒的粒徑和分布情況與再生前幾乎保持一致,有力證明了高溫脈沖退火作為催化電極再生方法的高效性和可靠性。值得一提的是,退火后的載釕電極催化性能亦得到了有效恢復,其催化過電位在經歷了10次循環再生后仍與初始值相當,鋰空電池的循環壽命可由原本的40次延長至400次(約2000小時)。與基于酸解處理的傳統化學濕法再生相比,高溫脈沖退火法對于清理疏水的碳電極表面具有明顯優勢,避免了長時程酸浸對催化電極結構及化學穩定性的不利影響。北京加工無水醋酸鋰