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鋰電池正極材料和基于六氟磷酸鋰電解質(zhì)溶液的熱力學(xué)研究

電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油汽車相比具有無振動(dòng)、無噪聲、無排放污染等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景廣闊，已成為未來汽車行業(yè)的重要發(fā)展方向之一。動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能元件，直接影響到電動(dòng)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(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低、污染少等優(yōu)點(diǎn)，已成為電動(dòng)汽車的優(yōu)選電池。在電動(dòng)汽車正常行駛中，鋰電池組伴隨著充放電會(huì)產(chǎn)生大量的熱，如果這些熱量不能夠及時(shí)消散，將導(dǎo)致電池組內(nèi)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(huán)壽命及安全性。尤其在潮濕環(huán)境中，鋰電池電極的熱力學(xué)不穩(wěn)定特性將導(dǎo)致電池容量的衰退和電池老化。為此，對(duì)鋰電池正極材料和電解質(zhì)溶液的熱力學(xué)特性進(jìn)行了研究。

試驗(yàn)采用日本宇部興產(chǎn)公司生產(chǎn)的汽車級(jí)鋰電池。該電池電解質(zhì)溶液包含碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯，兩者質(zhì)量比為1∶1。電解質(zhì)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(tài)不同，一種是由相對(duì)均勻的圓形富鋰材料顆粒組成，另一種則是由形態(tài)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(jìn)行差示掃描量熱法測(cè)試和老化測(cè)試，研究正極材料和電解質(zhì)溶液在放熱反應(yīng)發(fā)生時(shí)的宏觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。試驗(yàn)結(jié)果表明：在溫度大于60℃時(shí)，在基于六氟磷酸鋰的有機(jī)溶液中，鋰電池正極材料變得不穩(wěn)定；在溫度處于60～140℃時(shí)，電解質(zhì)溶液開始分解，正極材料出現(xiàn)局部脫鋰，部分碳酸鋰轉(zhuǎn)化為氟化鋰，形成立方尖晶石形結(jié)構(gòu)；在溫度處于180～400℃時(shí)，正極材料和電解質(zhì)溶液發(fā)生永久不可逆的分解。研究還表明，差示掃描量熱法測(cè)試和老化測(cè)試所得到的生成物相同，因此可用差示掃描量熱法測(cè)試代替試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)的老化測(cè)試，用以估計(jì)正極材料電解質(zhì)溶液的熱穩(wěn)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