鋰離子電池氣體發(fā)生行為的研究.pdf

1、隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展,鋰離子電池的安全性能變得更加的引人關(guān)注。在充放電過程中,電池產(chǎn)生的氣體已經(jīng)構(gòu)成了對(duì)電池安全性危害最大的因素之一。本文在綜述了目前鋰離子安全性能的基礎(chǔ)上,采用質(zhì)譜和紅外兩種方法對(duì)鋰離子電池產(chǎn)生氣體情況進(jìn)行了表征和討論。
　　設(shè)計(jì)了用于對(duì)電池產(chǎn)生氣體紅外測(cè)試的CaF2電池體系。對(duì)于負(fù)極,研究了不同電極材料在不同電解液體系中形成 SEI膜過程中的析氣行為。發(fā)現(xiàn)氣體的產(chǎn)生與電極材料關(guān)系不大,主要由電解液決定。也針對(duì) S

2、EI膜成膜溫度及電流大小進(jìn)行考察,研究發(fā)現(xiàn)較低的溫度、較小的電流都有利于 SEI膜的成膜,形成較多氣體。
　　對(duì)于正極,針對(duì)三種正極材料在不同電解液溶劑、電解質(zhì)以及不同化成電壓下的氣體進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰、鎳鈷錳三元材料、高電壓型鈷酸鋰在過充電位下都會(huì)有 C2H5F氣體產(chǎn)生。主要由電解質(zhì) LiPF6和電解液中微量水反應(yīng)引起。隨著電壓的升高生成的量會(huì)增大。當(dāng)電解質(zhì)中加入LiBOB時(shí)該氣體產(chǎn)生量明顯減少。在鈷酸鋰中包覆氧化鋁,能夠

3、提高電極的循環(huán)性能。并且能夠提高鈷酸鋰的充電電壓,減少在高電壓下鈷酸鋰的相變,減少氧氣的生成,進(jìn)而減少其他氣體的生成。三種材料產(chǎn)生 CO2量顯著不同,其中鈷酸鋰氣體產(chǎn)生量大于鎳鈷錳三元材料并遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于高電壓鈷酸鋰,反映出電極材料的氧化能力順序?yàn)殁捤徜?、鎳鈷錳三元材料、高電壓鈷酸鋰。
　　針對(duì)瓶式全電池在各個(gè)化成階段的析出氣體進(jìn)行質(zhì)譜分析。研究發(fā)現(xiàn):全電池化成階段氣體產(chǎn)生的起始電壓為2.5V。EC在這個(gè)電壓下開始分解,碳酸鋰等固體物質(zhì)

4、生成,伴隨 C2H4氣體的產(chǎn)生。與此同時(shí),電解液中 H2O的存在會(huì)導(dǎo)致H2和 CO2等氣體的生成。在化成電壓為2.5～3V時(shí),CH4和 C2H6等氣體開始生成,標(biāo)志著 DEC和 EMC開始分解參與成膜。然而質(zhì)譜測(cè)試中發(fā)現(xiàn) C2H4的量最大,表明EC在這階段仍然是成膜的主要組分。在化成電壓為3～3.5V時(shí),C2H4、CH4和 C2H6產(chǎn)生量基本相當(dāng),表明三種電解液組分都開始發(fā)揮作用,這個(gè)電壓區(qū)間為主要的成膜區(qū)間。在3.5～4.2V電壓區(qū)間