【摘要】：近些年在全球環(huán)境污染和石油資源急劇消耗等負面影響下,鋰離子電池以能量密度高、壽命長和不具記憶效應(yīng)的特性而被廣泛應(yīng)用于新能源動力汽車領(lǐng)域。動力電池鎳鈷錳三元材料(NCM)具備成本低、容量高、循環(huán)性能好的特點,又由于鈷資源稀缺,因此,高鎳低鈷的三元材料發(fā)展?jié)摿薮�。隨著鎳含量的增加,鎳鈷錳材料的容量不斷升高,但是安全性有所降低。本文主要通過電化學(xué)性能測試、熱測試等方法對不同鎳含量的鎳鈷錳材料的產(chǎn)熱機制進行理論分析和熱穩(wěn)定性實驗研究,然后在理論基礎(chǔ)和實驗數(shù)據(jù)上,提出了一種復(fù)合型的多功能安全電解液,以此改善高鎳鎳鈷錳電池的安全性,并兼顧材料的電化學(xué)性能。首先通過C80熱分析實驗,分別對不同鎳含量的鎳鈷錳材料-電解液體系、其全電池體系熱分析和熱分解動力學(xué)分析,驗證了通過從理論上分析得到的隨著鎳含量的增加,材料熱穩(wěn)定性降低的結(jié)論。并通過對材料體系系統(tǒng)性的危險性的分析得出主要的結(jié)論:Li(Ni_xCo_yMn_z)O_2(x=1/3、0.5、0.6、0.8)與電解液共存體系隨著鎳含量的增加,高鎳NCM-電解液體系會產(chǎn)生更多的熱量,體系的初始放熱溫度隨著鎳含量的增加而降低,而且與其它正極材料體系相比安全性不高。相應(yīng)的全電池體系的整個放熱過程主要為負極材料的分解、隔膜的融化和正極材料與電解液的分解反應(yīng)三個階段。一旦溫度急劇升高,Li(Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1))O_2/Li_4Ti_5O_(12)電解液體系下的全電池由于材料的熱穩(wěn)定性差可能會導(dǎo)致電池的火災(zāi)或者爆炸等嚴(yán)重事故。同時在實驗的基礎(chǔ)上,根據(jù)熱分解動力學(xué)原理,隨著鎳含量的增加,體系的化學(xué)動力參數(shù)數(shù)值逐步減小,代表著其穩(wěn)定性比較低,容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng),其結(jié)果進一步驗證了熱測試的結(jié)果。其次通過X射線衍射、X射線電子能譜等表征方法來研究不同鎳含量的鎳鈷錳材料的結(jié)構(gòu)特性,同時制備不同鎳含量的鎳鈷錳半電池進行電化學(xué)性能測試。結(jié)合熱測試實驗結(jié)果分析,從理論分析上得到隨著鎳鈷錳材料中鎳含量的增加,給材料的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定都帶來了不利的影響,得出的主要結(jié)論為:Li(Ni_xCo_yMn_z)O_2(x=1/3、0.5、0.6、0.8)隨著鎳含量的增加,材料的結(jié)構(gòu)崩塌程度加重且由于結(jié)構(gòu)無序,鋰離子在嵌入和脫出的過程中釋放熱量。同時,在熱測試的過程中,都會發(fā)生結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,進行XRD分析得到圖譜相比原材料都增加了不同程度的衍射峰,熱分解產(chǎn)物主要有Li_(1-x)Mn_2O_4、LiNiO_2、各種錳的氧化物、鎳的氧化物、鉆的氧化物;XPS結(jié)果表明隨著鎳含量的升高,鎳元素的化合價態(tài)也會相應(yīng)地提高并且轉(zhuǎn)化成Ni~(4+),且隨著+4價的鎳離子積累,電解液會被高價鎳氧化,導(dǎo)致許多副反應(yīng)發(fā)生并伴隨著熱量的產(chǎn)生和釋放一定量的氧氣;EIS結(jié)果顯示出隨著鎳含量的增加,由堿性物質(zhì)和電解液氧化產(chǎn)物所組成的正極材料表面氧化膜隨之增厚,引起較高的內(nèi)部阻抗,繼而造成電池內(nèi)部不可逆熱的積累,隨之提高了電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險。最后針對高鎳鎳鈷錳材料比容量高而安全性低的特性,分別配制了由1.0 mol/LLiPF_6/碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯(DEC)(1:1,wt%)(基準(zhǔn)電解液)、碳酸亞乙烯酯(VC)、磷酸三苯酯(TPP)組成的安全電解液與由基準(zhǔn)電解液、亞硫酸丙烯酯(PS)、磷酸三苯酯(TPP)組成安全電解液,來改善高鎳鎳鈷錳電池?zé)岚踩?并從循環(huán)測試、阻抗測試和傅里葉紅外測試方面分析安全電解液對高鎳鎳鈷錳電池電化學(xué)性的影響。得出的主要結(jié)論為:由基準(zhǔn)電解液、PS、TPP組成安全電解液能從產(chǎn)熱量方面改善高鎳鎳鈷錳電池的熱穩(wěn)定性,但與Li(Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1))O_2材料(NCM811)并不兼容,不利于電池的電化學(xué)性能。而由基準(zhǔn)電解液、VC與TPP組成安全電解液與NCM811材料的兼容性更佳,兩種功能添加劑產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),一方面TPP阻燃劑不僅能夠提高鎳鈷錳電池的熱穩(wěn)定性,另一方面VC有利于改善高鎳鎳鈷錳電池的循環(huán)性能,能作為一種改善高鎳鎳鈷錳材料安全性的有效途徑之一。
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種領(lǐng)域的青睞，如手機、電腦等電子產(chǎn)品，，或者不同功據(jù)目前中國動力電池行業(yè)在新能源領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀分析，電池的X棾ぶ髁�。舅W煌耆臣疲郟保藎刂梗玻埃保紡輳保霸攏保福保祝牽�，同比札Zぃ常保矗常�，但矢`ぜ疲玻埃保紡耆甓�，随诐a┠甓Φ緋氐姆⒄�，其２０１１至２０１＜応除r乙燦冢玻埃保紡臧洳劑斯賾詿罅Ψ齔侄Φ緋夭檔南喑鑫蠢次夜Φ緋夭苣勘輳⑶倚緯紗蠊婺！⒕哂幸歡淥搗⒄梗郟玻蕁Ｋ孀哦Φ緋氐姆⒄�，其与正极材｀P常蕁Ｄ殼笆諧∩鮮褂玫降墓ひ氈冉銑墑斕畝Φ緋卣錚埃玻�、锰酸锂（ＬｉＭｎ�

本文編號：2639034