锂离子电池关键材料的电化学性能及热稳定性研究.pdf

中国科学技术大学
博士学位论文
锂离子电池关键材料的电化学性能及热稳定性研究
姓名:姚晓林
申请学位级别:博士
专业:材料学
指导教师:陈春华
20050401
大大增加。在微量量热计和加速量热计测试显示在傲和燃添加剂姗蚽对电解液都有阻燃作用。的阻燃效果比摘要与其他类型的电池相比,锂离子电池具有高的电池单体电压、高的比能量和能量密度,作为可靠的能源已经广泛应用于小型电源驱动设备。锂离子电池目前正朝大容量及高能密度发展,但由于在滥用洹⒐藕投搪返的极端条件热稳定性差引起的安全问题,使其在大型电池纾旱缍礒旌隙ζ车⒌缍ぞ叩方面的应用受到限制。为了适应铿离子电池大型化的趋势,对电池高温稳定性和电池过充性能的研究显得尤为重要。大中型电池因使用完全锂化的石墨负极及含可燃有机溶剂的电解质,一旦充电达到峰值,或因使用不当出现过度充电,就会导致热散失、排气、着火甚至爆炸。因此大中型锂离子电池最大的挑战是研发耨的安全性高的电极材料和不燃的电解液。在论文第一章中,作者综述了锂离子电池的优缺点、锂离子电池的结构和工作原理、锂离子电池常用的电极材料和存在的安全性的问题、锂离子电池的安全测试方法及锂离子电池电极材料的热稳定性测试方法、解决锂离子电池安全问题的方法,在此基础上本论文计划从锂离子电池的正极、负极和电解液三方面出发,研究不同电池材料的电化学性能和热稳定性。由于锂离子电池安全问题的关键在于使用了可燃的有机电解液,因此重点在研究不同阻燃添加剂对锂离子电池电解液的热稳定性的影响,希望找到良好的电解液阻燃添加剂或具有良好的电化学性能的不可燃电解液来根本解决锂离子电池的安全性问题。在论文第二章中,首次提出亚磷酸三甲酯作为提高锂离子电池安全性的电解液阻燃添加剂,并把它与锂离子电池阻燃添加剂的研究热点磷酸三甲酯作对比,对含阻燃添加荆的电解液的可燃性和热稳定性以及电池的电化学性能进行了全面的比较。实验结果表明,阻燃添加剂和对锂离子电池的热稳定性和电化学性能有较大的影响。燃烧实验结果表明,阻更明显。电化学测试表明,在正极半电池循环过程中参与了正极表面膜的形成,使界面电阻增大,但大大稳定了电荷转移电限,因此其循环性能要好于粘度较大的,而对石墨电极都有一定的剥离作用,使不可逆容量损失中国科学技术大学博士学位论文
第四章在第二章的研究基础上研究了刚和刑作为锂离子电池电解由于粘度较大,电化学性能较差;而聊粘度非常小,电化学性能较好。以液的共溶剂的可行性。刑与取代电解液中的碳酸二甲酯或碳酸二乙对电解液具有较强的热稳定作用,提高了电解液的热稳定性。与和碳酸丙烯酯组成的电解液,电化学性能,又具有良好的热稳定性。馛疞诟玫缃庖褐蟹诺绫热酯明显。电化学测试结果表明由于有机氯代磷酸酯粘度较大,阻抗增加都很大,痝。但和弧仰相比是一种更好的阻燃剂,它能在不牺牲电池的电化学性能的情况下提高电解液的热稳定性。在论文第三章,使用有机氯代磷酸酯,如磷酸三,欢纫一丙基⒘姿崛卜氯一槐酯℃⒘姿崛宦纫一酯作为锂离子电池电解液的阻燃添加剂,来研究其对锂离子电池电化学性能以及电解液的热稳定性的影响,燃烧实验结果表明有机氯代磷酸酯对电解液都有一定的阻燃作用,但由于其磷的含量要少于磷酸三甲酯,阻燃效果不如磷酸三甲对正极半电池来说初始容量较低,容量衰减较快,而对石墨电极都有一定的剥离作用。而热稳定性测试结果表明有机氯代磷酸酪对电解液有一定的热稳定作用,但效果不显著。因此使用、蚑魑5缃庖鹤枞继砑蛹粒一方面提高了电池的热稳定性,另一方面恶化了电池的电化学性能。酯,与碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯共同组成锂离予电池电解液的溶剂。由于电解液中阻燃剂的含量占溶剂质量的一半,所配景的电解液都为不可燃的。琍:,既具有良好的“鲅泛蠹负趺挥兴ゼ酢琍:的热效应仅为.#基电解液对石墨电极都有一定的剥离作用。第五章运用了臀⒘苛咳纫潜冉狭瞬煌ú牧螸和的热稳定性及不同电解液和不同电解液阻燃添加剂对“的热稳定性的影响。研究结果表明,的热稳定性比们要好,无论从放热量还是开始反应温度。,而的为琯。在不同电解液和含不同的电解液阻燃添加剂中循环时,由于正极材料表面膜的组成不同量为的热效应为。篖中田科学技术大学博士学位论文摘要
环的,其热流为痝,其最大的放热峰在笥摇T诤驪的全部容量,在出现了一的热稳定性差别也较大。在疨醒返腖大的放热峰在笥遥攘魑伲欢疎醒和阻燃剂的电解液中循环的,由于正极材料的表面膜组成的不爵蓿疎琇J挤从Φ奈露忍崆和流分别增加,/拐ú牧稀癈娜任榷ㄐ韵陆怠第六章比较了石墨和作为铿离子电池的负极材料的电化学性能和热稳定性。“.,表面没有电解液的还原分解产物,因此它在高温下具有更好的循环性能。石墨在含的电解液中由于对石墨的剥离作用,第一次不