【摘要】：鋰離子電池通常采用高溫下易燃的碳酸酯作為電解液溶劑,具有較高的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),因此開(kāi)展針對(duì)鋰離子電池電解液的火災(zāi)危險(xiǎn)性研究對(duì)于預(yù)防鋰離子電池火災(zāi)具有十分重要的研究意義。為此,本論文以錐形量熱儀為主要研究手段,對(duì)常用的鋰離子電池電解液溶劑的燃燒特性進(jìn)行了分析,并探討了溶質(zhì)、正極材料、阻燃添加劑等對(duì)其燃燒特性的影響。在此基礎(chǔ)上,借助火災(zāi)危險(xiǎn)綜合指數(shù)(IFHI)和閃燃特性指數(shù)對(duì)鋰離子電池電解液的火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)估。單一鋰離子電池電解液溶劑的測(cè)試結(jié)果表明:環(huán)狀碳酸酯的總放熱量和熱釋放速率峰值明顯低于鏈狀碳酸酯,其中碳酸乙烯酯(EC)的最低。將幾種溶劑復(fù)配后形成的二元或三元混合溶劑的測(cè)試結(jié)果表明:環(huán)狀碳酸酯可抑制鏈狀碳酸酯熱釋放速率峰值,但達(dá)熱釋放速率峰值加快。進(jìn)一步考察了LiPF_6溶質(zhì)以及典型正極材料對(duì)鋰離子電池電解液溶劑的燃燒特性的影響,結(jié)果表明:LiPF_6溶質(zhì)的加入使得電解液的熱釋放速率和總放熱量明顯增加,而正極材料與電解液共存時(shí),電解液達(dá)到熱釋放速率峰值時(shí)間和點(diǎn)燃時(shí)間加快,且熱釋放速率和總放熱量增加。以錐形量熱儀測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用火災(zāi)危險(xiǎn)綜合指數(shù)(IFHI)和閃燃特性指數(shù)對(duì)鋰離子電池電解液的火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)估,結(jié)果表明:鋰離子電池電解液溶劑本身火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性較高,且隨著溶質(zhì)LiPF_6的加入或電解液與正極材料的接觸都會(huì)使其火災(zāi)危險(xiǎn)性顯著增強(qiáng)。論文最后選取了幾種典型的阻燃添加劑碳酸三乙酯(TEP)、甲基膦酸二甲酯(DMMP)、二氟乙酸甲酯(MFA)和雙(2,2,2-三氟乙基)乙基磷酸酯(TDP),考察了其對(duì)鋰離子電池電解液燃燒性能的影響,測(cè)試結(jié)果表明阻燃添加劑能明顯降低鋰離子電池電解液的熱釋放速率和總放熱量,但火災(zāi)危險(xiǎn)綜合指數(shù)(IFHI)和閃燃特性指數(shù)的分析結(jié)果表明:添加阻燃劑的電解液火災(zāi)危險(xiǎn)性雖然有明顯下降,但風(fēng)險(xiǎn)仍然較大。進(jìn)一步與典型甲、乙、丙類(lèi)易燃液體(乙醇、煤油、乙二醇)相應(yīng)指數(shù)對(duì)比的結(jié)果表明,加入這幾種阻燃添加劑的鋰離子電池電解液的火災(zāi)危險(xiǎn)性基本接近于乙類(lèi),依然具有較高的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。
【圖文】：

第 2 頁(yè) 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 碩士學(xué)位論文大主要結(jié)構(gòu)及內(nèi)部其它連接材料組成。鋰離子電池在充電時(shí)，鋰離子（Li+）從正極經(jīng)過(guò)電解液移動(dòng)到負(fù)極；而鋰離子電池在放電[9-10]時(shí)，Li+從負(fù)極經(jīng)過(guò)介質(zhì)移動(dòng)到正極或鋰離子在移動(dòng)過(guò)程中使正極的鋰離子過(guò)多的狀態(tài)。在整個(gè)充電和放電循環(huán)期間，Li+在兩個(gè)電極之間嵌入和脫嵌，即鋰離子電池的充電和放電過(guò)程。在鋰離子電池的組分中，電解液起著至關(guān)重要的作用，它作為鋰離子運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)，也影響著充電的電容和到達(dá)負(fù)極的鋰離子的數(shù)量。一般而言電容越大則容量越多，火災(zāi)危險(xiǎn)性越強(qiáng)，因此電解液是電池的熱安全的重要影響因素。電解液通常使用溶質(zhì)（鋰鹽）、高電常數(shù)低粘度的有機(jī)溶劑在無(wú)水情況下進(jìn)行制備。圖 1.1 為鋰離子電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 第 3 頁(yè)鋰離子電池的隔膜目前以聚烯烴微孔膜為主[14]。聚烯烴有良好機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性能，能為電池隔膜加工及組裝提供合適的機(jī)械強(qiáng)度和較適宜的閉孔溫度，且能提供必要的閉孔關(guān)斷功能，，降低電池安全隱患。但是聚烯烴在一定溫度下會(huì)熔融，改變隔膜尺寸、形狀甚至破損，引起電池短路，因此增大電池隔膜自閉溫度和提高熔融溫度差，可以一定程度降低危險(xiǎn)性。近年來(lái)，研究者提出了納米纖維無(wú)紡布材料，可以制備出適合鋰離子電池的無(wú)紡布隔膜。1.1.3 鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理[15]大致如下：充電時(shí)，Li+從正極經(jīng)過(guò)電解液，透過(guò)隔膜移動(dòng)到負(fù)極；放電時(shí)，Li+從負(fù)極經(jīng)過(guò)電解液，再透過(guò)隔膜到達(dá)正極。圖 1.2為 鋰 離 子 電 池 的 工 作 原 理 示 意 圖 ， 電 極 反 應(yīng) 見(jiàn) 式 （ 1.1 ） ~ （ 1.5 ）。
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O646.1;TM912

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本文編號(hào)：2695988