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鋰離子充電電池電解液以及正極材料的安全性評價

來源:上海斯邁歐分析儀器有限公司   2019年03月06日 19:23  

鋰電池的應(yīng)用十分廣泛,如手機、筆記本、電動汽車等已成為生活中*的產(chǎn)品。隨著其在汽車以及電力儲藏等領(lǐng)域大型化的應(yīng)用、對其高性能和安全性要求也越來越高。

鋰離子電池具有*的能量密度,這是因為電池中封裝了更多活性材料,且電極和隔膜越來越薄、越來越輕。這些均需要電池組成材料之間的搭配、若設(shè)計不足或者濫用,就會出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象,導(dǎo)致冒煙、起火甚至爆炸等事故。

                 電池.png        

因此對鋰電池的生產(chǎn)和使用過程中的安全性評價非常重要,下面就讓我們用日立DSC7000系列對鋰離子充電電池電解液以及正極材料進行安全性評價。

 

樣品處理和容器

■ 樣品處理的氣氛

LIB的構(gòu)成中包含很多反應(yīng)性高的材料。實際產(chǎn)品被封裝在惰性氣氛中,因此DSC測定也必須將其密封在惰性氣體中進行。(為了避免大氣中的水分、氧氣、二氧化碳等氣氛對樣品的影響、樣品處理在手套箱中進行。)

■ 容器

樣品分解產(chǎn)生的氣體、會污染DSC傳感器、可能造成儀器功能損壞,因此需選擇密封形的容器。另外測試時容器內(nèi)部壓力增大,故需要選擇高耐壓值的SUS密封容器。

坩堝.png

 

電解液·正極材料的熱特性的研究

■ 電解液

實驗結(jié)果-1.png

 

電解液的DSC結(jié)果如上圖所示:

樣品中溶劑為高介電常數(shù)溶劑碳酸乙烯酯(EC)和低粘度溶劑碳酸甲基乙基酯(EMC),電解質(zhì)為六氟磷酸鋰(LiPF6)。

在升溫過程中,該電解液先熔融再分解,在244℃開始熔融,分解放熱峰溫度278℃,同時還可以得到其分解放熱量。

■ 電解液+正極材料

實驗結(jié)果-2.png

這里顯示把電解液和正極材料混合密封在容器中的樣品的DSC測定結(jié)果。正極材料是充電狀態(tài)的錳酸鋰(LixMn2O4、X=0(充電狀態(tài)))。

183℃附近有一個放熱反應(yīng),隨后有一個放熱峰,放熱峰峰值約為290℃,與上述的電解液相比、在低溫測得(183℃)開始放熱,這是正極材料的熱分解,釋放氧氣、使得電解液氧化分解。

從上述DSC測定中,可觀察到熱分解的起始溫度、可以評價LIB的熱穩(wěn)定性、起始溫度越高熱穩(wěn)定性越高。本資料顯示的是*充電狀態(tài)的結(jié)果、也有充電越多,Li脫離量越多、熱穩(wěn)定性也會越降低的報告。

 

綜上所述,通過日立差示掃描量熱儀DSC對電解液以及正極材料進行熱特性的評價,我們可以了解電解液以及正極材料在程序升溫過程中的吸放熱現(xiàn)象,為鋰電池安全生產(chǎn)、加工和使用過程作參考。

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