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提升锂离子电池稳定性究竟有多难?

   次浏览   微锂电   2020-10-07

       目前纯电动汽车上搭载的锂电池稳定性依然比较低,受温度影响明显,在一定程度上制约了消费者的购车意向和用车需求。那么锂离子电池稳定性提升到底有多难?还有哪些突破的空间呢?

       随着新能源产业的发展,诸如新能源汽车等也正面临着因锂离子电池稳定性不足和制造成本过高、环境污染等诸多问题。锂是当前最为活跃的金属元素,只要暴露在空气中就会与氧气产生激烈的氧化和氧化还原反应,也因此一旦锂离子电池质量不过关,不仅会自燃,还会因发热后的热量积累,发生爆炸。

       简而言之,不论是在充放电过程中还是静止状态下,锂离子电池都可能因内部温度升高、单体电池之间的温度不均匀等原因,产生自燃或爆炸事件,引发诸多安全隐患。多年来为解决这一问题,研发人员先后尝试了多种手段,例如内置阻燃剂的设置,以便锂电池电解质具备更好的抗冲击破坏的能力;或者采用不会起火的水基电解质,以避免水的稳定性问题而导致的电压和能量密度偏低等。

       目前对于新能源汽车来说,应用较多的是三元锂电池,部分车型使用的是磷酸铁锂电池,而这两种电池均属于液态锂离子电池。对于这种电池来说,虽然相比之前的镍电池能量密度更高,但是依然存在发热现象。以纯电动汽车为例,采用快速充电桩进行长时间充电,电池内部的化学反应加剧,就会导致热量上升,严重的话会发生热失控现象。

       锂电池进步困难的原因,除了发热现象之外,还有材料方面。目前来看锂作为电极最为合适,但这也导致了只能去优化另一极的材料和改善电解液、隔膜。比如说,可以降低隔膜的电阻,增加导电性,扩大锂离子透过率,从这一方面提升整体的能量密度和稳定性。但是这种方式操作空间较小,提升幅度也比较有限。

       锂离子电池的火灾危险性主要由电池内部各部分发生化学反应产热量多少决定。锂离子电池的火灾危险性归根结底取决于电池材料的热稳定性,而电池材料的热稳定性又取决于其内部各部分之间发生的化学反应。目前,人们主要借助于差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、绝热加速量热仪(ARC)等来研究电池相关材料的热稳定性。


如何提升锂离子电池稳定性?

       通过对现有正极材料进行不同结构的复合,可以进一步提升锂离子电池的稳定性。表面修饰和电子结构的调整,比如说在表面包覆一层二氧化锰,可以抑制扩散,不仅能够改善它容量的稳定性,也能够很好地提升它的倍率性能。

       提高锂离子电池材料表面氧的热稳定性,能够有效地抑制富锂猛基材料衰退提高材料的稳定性。目前,引起人们重视的锂盐有LiFSI双(氟磺酸)亚胺锂]和硼基锂盐。其中,双草酸硼酸锂(LiBOB)的热稳定性较高,分解温度为302℃,可在负极形成稳定的SEI膜。LiBOB作为锂盐和添加剂可以改进电池的热稳定性。

       锂电池正极材料可以通过优化合成条件,改进合成方法,合成热稳定性好的材料;或使用复合技术(如掺杂技术)、表面包覆技术(如涂层技术)来改善正极材料的热稳定性。

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