鋰電池正極材料和基于六氟磷酸鋰電解質溶液的熱力學研究

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鋰電池正極材料和基于六氟磷酸鋰電解質溶液的熱力學研究

電動汽車與傳統燃油汽車相比具有無振動、無噪聲、無排放污染等優點，發展前景廣闊，已成為未來汽車行業的重要發展方向之一。動力電池作為電動汽車的儲能元件，直接影響到電動汽車的整車性能。鋰電池具有電壓高、能量密度大、功率密度高、循環壽命長、自放電率低、污染少等優點，已成為電動汽車的優選電池。在電動汽車正常行駛中，鋰電池組伴隨著充放電會產生大量的熱，如果這些熱量不能夠及時消散，將導致電池組內部溫度不斷升高及溫度分布不均勻，從而降低電池的使用性能、循環壽命及安全性。尤其在潮濕環境中，鋰電池電極的熱力學不穩定特性將導致電池容量的衰退和電池老化。為此，對鋰電池正極材料和電解質溶液的熱力學特性進行了研究。

試驗采用日本宇部興產公司生產的汽車級鋰電池。該電池電解質溶液包含碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯，兩者質量比為1∶1。電解質中氫氟酸和水的濃度含量分別不超過30-6和10-6。文中選擇兩種組成相似的富鋰材料作為正極材料，但兩種材料的形態不同，一種是由相對均勻的圓形富鋰材料顆粒組成，另一種則是由形態差別較大的富鋰材料顆粒組成。利用透射電子顯微鏡、X-射線衍射儀、拉曼光譜儀進行差示掃描量熱法測試和老化測試，研究正極材料和電解質溶液在放熱反應發生時的宏觀結構轉換。試驗結果表明：在溫度大于60℃時，在基于六氟磷酸鋰的有機溶液中，鋰電池正極材料變得不穩定；在溫度處于60～140℃時，電解質溶液開始分解，正極材料出現局部脫鋰，部分碳酸鋰轉化為氟化鋰，形成立方尖晶石形結構；在溫度處于180～400℃時，正極材料和電解質溶液發生永久不可逆的分解。研究還表明，差示掃描量熱法測試和老化測試所得到的生成物相同，因此可用差示掃描量熱法測試代替試驗時間較長的老化測試，用以估計正極材料電解質溶液的熱穩定性及其老化特性。

刊名：Journal of Solid State Electrochemistry（英）

刊期：2014年第18期

作者：Ortal Haik

編譯：陳丁躍