锂离子电池安全性及影响因素分析(ppt 37页).pptVIP

* 锂离子电池安全性及影响因素分析 * 锂离子电池在民用领域等方面获得广泛应用大型化的安全问题备受关注 要求 ----长的循环寿命，高容量，小尺寸； （1）移动电话： （2）数码产品：PDA, Blue Tooth…… （3）笔记本电脑 （4）电动自行车（EB） （5）电动汽车（EV）和混合动力汽车（ HEV） 研究背景 * 锂离子电池安全性实质 电池安全-不安全的能量触发过程图 * 锂离子电池组成成分的热行为研究 ARC、DSC等方法研究，在锂离子电池中发生的重要放热反应有： ①SEI膜的分解； ②嵌入锂与电解液的反应； ③嵌入锂与氟化物粘结剂的放热反应； ④电解液分解放热； ⑤正极活性材料分解； ⑥过充电时沉积出的金属锂会与电解液发生反应； ⑦金属锂与粘结剂的反应； ⑧由于过电位和欧姆阻抗，电池在放电过程中产生热量。 * 为何研究锂离子电池安全性？ 1.自身特点决定 ①能量密度很高； ②有机溶剂； ③缺乏“再化合” 功能。 2.期望应用决定 组合电池如果不能精确均衡控制，对某个单体来讲，无异于滥用。 * Shi等使用ARC对18650型电池的研究表明， 满充电的电池在93℃开始产生放热反应， 在123℃产生热失控反应 * 负极 材料 ◆ 尿频尿急、夜尿增多（一夜3次以上）。 ◆ 全身无力，易疲劳、易困倦，休息后不能缓解。 ◆ 睡眠不好或经常做梦，晨起仍觉很累。 ◆ 房 ，事不足10分钟，举而不坚。 ◆ 害怕跟爱人同，房，故意回避。 ◆ 男性小便无力，总有排不尽的感觉。 ◆ 姓功能减退，姓生活后腰酸、胀痛 ◆ 结婚多年迟迟未怀孕 ◆ 无力、阳wei、早xie； 如 果 你 有 以 上 2 - 3 种 症 状，就 说 明 您 的 肾 脏 已 经 发 出 了 警 报：这时 候“ 肾 脏 ”已 经 出 现 警 报，需 及 时 诊 断 调 理 。男 性 健 康 金 牌 顾 问 ：薇X：msdf003 石墨 * 电解液 电解液由溶剂和导电盐组成（六氟磷酸锂（LiPF6）目前应用范围最广 ） SEI膜形成：锂离子导体电子的不良导体 热稳定性研究 添加剂研究：成膜、防过充、阻燃 SEI膜形成示意图 * 电池安全性的解决措施 　原则：必须兼顾电池的性能. 正负极和电解液等新材料开发 ，选用热力学更稳定的材料 电池设计：不同形状、负极与正极容量比； 电池制造过程：浆料质量、涂布质量等，优化电池工艺 安全保护电路 ：过充电保护、过放电保护和过电流/短路保护 * 锂离子电池体系中各种材料的热行为 备注：电解液体系为1MLiPF6/PC/EC/DMC(1:1:3) * 研究内容 （1）对新电池及循环过电池耐滥用能力研究，揭示电池发生热失控及不安全的原因。 　（2）对电池经高温搁置后性能的衰退与耐滥用能力研究，揭示使用环境对电池安全性的影响。 　（3）对电池活性物质如正极材料LiCoO2、镍酸锂、尖晶石LiMn2O4和复合材料，通过电池耐热安全性和过充安全性，系统研究正极材料的选择对电池安全性的影响。 　 　（5）对红外热成像仪观察到的电池不同倍率放电时电池表面的热现象给予解释。 * 锂离子电池循环对安全性的影响 1.实验条件 实验电池选取：2000只，随机抽取500只，1次和每25次后抽出40只测试。 2. 循环对电池特性的影响 经过不同循环后电池的平均放电容量、内阻和厚度 * 电池经过不同循环次数后 平均内阻 电池循环200次后负极底部表面形貌 （颗粒状物为金属锂或含锂的化合物） * 3. 电池循环过程中LiCoO2和C结构变化 LiCoO2正极不同循环状态的SEM形貌 (a)新鲜电极；(b)1次循环后；(c)200次循环后 出现裂纹，平均粒度下降， 颗粒间不再清晰 * 负极不同循环状态的SEM形貌 (b) 1次循环后；(c)200次循环后 锂或锂的化合物 SEI膜 * LiCoO2正极不同循环状态的XRD图形 (a) 新鲜电极；(b) 1次循环后；(c) 200次循环后 LiCoO2的晶胞参数稍有增大 嵌锂能力下降 ， 有效活性颗粒尺寸变小 晶格发生一定畸变， 结晶性变差。 * 负极不同循环状态的XRD图形 （a）1次循环后；(b) 200次循环后 C的结构未 发生明显的变化 * 电池循环125次后1C12V过充电 实验后粉末XRD图谱 3CoO2→Co3O4+O2 * 短路实验 电池经不同循环次数 后短路实验结果 安全 起火，不安全 * 电池高温搁置24h后放电状态的负极扫描电镜照片 a—新电极(fresh), b— 60℃, c—100℃ 连续、厚且致密的SEI膜层 0.1-0.2μm的小颗粒 C表面变化明显 * 电池高温搁置24h后不同放电