循环对锂离子电池外部短路安全性的影响

锂离子电池安全性作为其应用于新能源汽车的关键技术指标,成为众多标准法规关注的重点,同时吸引了大量的科研工作者的参与研究。对一款软包三元锂离子电池在不同循环次数后的外部短路安全性进行了研究,发现随着循环次数的增加,电池外部短路测试的最大电流逐步下降;在800次循环内,外部短路测试中电池表面温升逐步降低,均低于125℃,未发生起火、爆炸等热失控现象,但是950次循环后,电池外部短路测试发生了热失控,温度达到360℃以上。通过直流放电电阻测试和交流阻抗谱测试,发现随着循环的进行电池阻抗逐步增大。     

锂离子蓄电池不同循环状态的过充行为

研究了额定容量720mAh铝塑膜包装的锂离子蓄电池过充安全性和充放电循环状态的关系。循环测试表明:循环初期内阻逐渐增加,到一定次数后突然增大。过充电测试有如下结果:对1C、12V过充,循环100次后的电池在测试时呈现不安全性;而对3C、12V过充实验,电池循环25次后测试即不安全。电池不安全行为主要是由于随着循环进行LiCoO2的晶格内部应力增大导致结构变形,活性颗粒开裂粉化,同时界面阻抗增加使得电池内部的焦耳热和副反应产生的热不断积累,使得热产生速率大于热散逸速率,最终导致电池热失控,并出现起火。     

γ-丁内酯基电解液中Li2CO3添加剂的电化学行为

研究了固体添加剂Li2CO3用于锂离子电池"-丁内酯基(GBL)电解液时的电化学行为。发现Li2CO3提高了石墨电极的首次放电容量和循环性能。采用1mol/LLiPF6/(EC DMC GBL)(体积比为4∶4∶3) 0.05mol/LLi2CO3电解液的软包装锂离子电池,首次放电比容量为142.6mAh/g、1C循环200次后的比容量保持率为88.6%。以交流阻抗法和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)方法分析了Li2CO3对SEI膜的影响,结果表明,Li2CO3添加剂促进了SEI膜的形成,降低了SEI膜的阻抗,减少了GBL基电解液的分解,增大了SEI膜中Li2CO3的含量。     

锂离子蓄电池电镀锡阳极的电化学阻抗谱

测试了锂离子蓄电池电镀锡阳极在不同充电(合金化)状态和不同充放电循环次数后的电化学阻抗谱。首次充电过程SEI膜电阻R_(sei)基本不随充电状态的变化而改变;而电荷传递电阻R_(ct)的值很快减小。随着循环次数的增加,SEI膜电阻R_(sei)和电荷传递电阻R_(ct)的值都增大,电极阻抗的增大导致循环性能下降,电化学阻抗谱测试结果与充放电循环测试结果一致。     

碳酸甘油酯衍生物用于电解液添加剂的研究

研究了双(2,3-环碳酸甘油酯)草酸酯和双(2,3-环碳酸甘油酯)丁二酸酯作为电解液添加剂对锂离子电池性能的影响。通过恒流充放电测试、交流阻抗(EIS)、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)对含不同电解液电池的电化学性能进行表征。结果表明:与空白电解液相比,含添加剂电解液在石墨电极表面形成稳定的保护性SEI膜;而且可以抑制电解液持续分解;循环二十周后,电池阻抗增加变小;由于电极-电解液界面的优化,含添加剂的电池表现出优越的循环稳定性。     

锂离子动力电池热安全性研究进展

锂离子电池因为其优异的性能在各方面得到了大量应用。锂离子动力电池的热稳定性,严重影响电动汽车的安全性和生命周期。放热反应会引起电池内部热聚集,导致热失控引发电池的燃烧或爆炸。对锂离子动力电池的热稳定性进行了分析,介绍了热失控的一般过程,综述了锂离子动力电池热模型的研究进展。重点介绍了改善电池热安全性的方法,包括电池材料、制造工艺和电池热管理等三个方面。     

碳酸乙烯亚乙酯对锂离子电池性能的影响

利用量子化学计算、循环伏安、电化学阻抗及充放电测试等方法,考察了电解液成膜添加剂碳酸乙烯亚乙酯(VEC)对锂离子电池性能的影响.量子化学计算结果表明:VEC具有较低的分子最低空轨道(LUMO)能量值.循环伏安及交流阻抗测试表明:碳酸乙烯亚乙酯的还原电位为1.2 V( vs.Li/Li+),优先于电解液在负极表面发生电化学反应形成电解质相界面(SEI)膜.该膜较稳定,可提高电池的循环性能,并抑制电池气胀.SEI膜阻抗较大,不利于电极的嵌脱锂反应,导致首次充放电容量及效率较低.     

18650型锂离子电池的循环容量衰减研究

研究了18650型锂离子电池常温循环性能和容量衰减机理。采用恒流-恒压制式对锂离子电池进行200次充放电循环测试,用交流阻抗技术对不同循环次数的电池进行分析,将不同循环次数的电池正负极与锂片分别组成半电池测试其容量,利用扫描电子显微镜法(SEM)、X射线衍射光谱法(XRD)、空气渗透仪等测试手段对不同循环次数后的锂离子电池正负极、隔膜的形貌和结构进行了表征。结果表明,电池在前200次循环过程中容量衰减率为15.6%;而正极和负极容量分别损失6.6%和4.3%。电池容量衰减主要来自于活性锂离子的损失以及电极活性材料的损失,活性锂离子的损失可能是由于在循环过程中电解液与正负极活性材料反应不断消耗活性锂离子造成的;正极活性材料层状结构规整度下降,离子混排度提高,负极活性材料上沉积钝化膜,石墨化程度降低,隔膜孔隙率下降,导致电池电荷传递阻抗增大,脱嵌锂能力下降,从而导致容量的损失。     

硫酸乙烯酯对LiFePO_4/石墨电池高低温性能的影响

研究了硫酸乙烯酯(DTD)作为电解液添加剂对LiFePO_4/石墨电池高低温性能的影响。研究结果表明:一方面,DTD作为电解液添加剂参与了负极表面固体电解液相界面(SEI)膜的形成,降低了电池阻抗,改善电池的低温性能;另一方面,DTD形成的SEI膜具有良好的热稳定性,能显著提升LiFePO_4/石墨电池的高温循环性能和高温储存性能。     

添加剂LiBOB在LiCoO2体系中的性能研究

采用恒流充放电法研究了LiBOB对LiCoO2作正极体系高温循环性能的影响。使用DSC法分析了LiBOB对负极SEI膜热稳定性的影响。初步探讨了LiBOB对PC基电解质与MAG相容性的影响机理。交流阻抗法测试结果表明,LiBOB的添加使MAG电极表面形成一层稳定的固体电解液相界面膜(SEI),抑制了PC共嵌,并使循环性能得到改善。DSC结果分析表明,LiBOB使负极SEI膜的热稳定性得到了改善。     

锂离子电池热失控过程负极放热反应研究

采用热重分析-傅里叶变换红外光谱法(TGA-FTIR)、差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射光谱法(XRD)对锂离子电池中石墨负极材料在热失控和热爆炸中的反应机理进行了系统的研究和探讨.研究表明,石墨表面在最初循环中形成的原始固体电解质(SEE)膜具有热不稳定性,在t＞70 ℃时开始分解.而失去了原始SEI膜保护,会导致石墨中嵌入锂和其表面电解液的接触,在高温时形成二次电解质膜.详细讨论了石墨中嵌入锂的数量和石墨颗粒的结构、形状及其层状结构边缘的比表面对二次电解质膜形成的影响.     

二氟磷酸锂对MCMB负极性能的影响

采用恒流充放电、电化学阻抗谱(EIS)、SEM及X射线光电子能谱(XPS)等方法,研究无机锂盐二氟磷酸锂(LiPO2F2)对锂离子电池负极材料中间相碳微球(MCMB)性能的影响。当电解液中LiPO2F2的含量为1.0%时,MCMB/Li电池在1.50~0.01 V以0.2 C放电、1.0 C充电循环100次,容量保持率为96.9%,比未添加LiPO2F2电解液的电池提高了22.0%。主要原因是LiPO2F2的加入有利于电极表面形成更稳定、致密的固体电解质相界面(SEI)膜,降低电极界面阻抗。     

LiBOB/PC电解液形成SEI膜的过程

利用电化学交流阻抗谱(EIS),结合充放电测试,研究了双草酸硼酸锂(LiBOB)/PC电解液在NG7石墨电极表面形成SEI膜的过程和对应的电位区间.LiBOB/PC在NG7石墨电极表面形成SEI膜是一个连续的过程,在电池的首次放电过程中,1.75 V(vs.Li/Li )放电平台对SEI膜的形成有重要的影响;首次放电至0.55 V左右,SEI膜基本形成;在0.20 V以下放电区间,SEI膜得到了较大程度的完善.     

锂离子电池热失控风险综述

针对锂离子电池在循环过程中可能出现的燃烧、爆炸等安全问题,在概述电池热失控滥用工况及诱发机制的基础上,总结电池在宽温域内可能出现的性能衰退、失效形式和热失控风险,并提出电池在低温、正常温度和高温等环境下工作的保障措施,以促进锂离子电池安全发展.     

乙二醇双(丙腈)醚对高电压锂离子电池的影响

用线性扫描伏安(LSV)和电化学阻抗谱(EIS)研究乙二醇双(丙腈)醚(DENE)作为锂离子电池电解液添加剂的电化学行为;对电极表面形貌和元素进行SEM和X射线能谱(EDS)分析;对钴酸锂(LiCoO_2)正极进行XRD分析;考察DENE对4.45 V高电压LiCoO_2锂离子电池的影响。DENE能在高温环境下抑制正极过渡金属溶出、保护负极固体电解质相界面膜,电池60℃存储30 d的厚度膨胀率从76.8%下降到12.3%,以0.50 C在55℃下循环(3.00~4.45 V)200次,容量保持率从58.5%提高到86.3%。     

不同倍率下磷酸铁锂电池模组过充热失控特性研究

随着电化学储能技术在电力系统中的广泛应用,电化学储能技术的安全性越来越受到重视。文中以储能用磷酸铁锂电池模组(8.8 kW·h, 25.6 V,344 A·h)为研究对象,进行3次不同倍率(0.4C,0.5C,1C)的恒流过充试验,研究其在不同充电倍率条件下的过充热失控特性,并辅以starccm+软件进行热场仿真计算。结果表明,电池模组在额定充电倍率0.5C(172 A)和1C(344 A)下持续过充会发生起火,起火时间随着充电倍率增加而减少;充电倍率对磷酸铁锂电池模组过充行为特性影响较大,随着充电倍率的增加,热失控最高温度和峰值电压升高,过充测试时间随着充电倍率的升高而降低;不同充电倍率条件下,电池安全阀首次打开时的电压均为1.7倍额定电压,可以进一步研究以作为电池热失控预警参数。文中研究成果可为规模化储能用磷酸铁锂电池的安全性研究和电池管理系统(BMS)对过充故障的安全管理提供参考。     

电解液中添加LiBOB改善LiMn2O4的高温性能

由恒流充放电和电化学阻抗等研究发现,向电解液中添加双草酸硼酸锂(LiBOB)能改善锰酸锂(LiMn2O4)的高温性能。以0.5C在3.0～4.2 V充放电,在45℃循环300次,容量保持率从82.6%提高到90.5%,循环400次,从73.0%提高到88.6%;在60℃循环300次,从76.5%提高到87.0%。固体电解质相界面(SEI)膜的初始形成电位降至2.0 V。     

化成电压对锂离子电池性能的影响

研究化成电压对钴酸锂(Li Co O2)正极、石墨负极的锂离子电池性能的影响。从电池容量、倍率、阻抗、存储和循环性能等方面,并从负极固体电解质相界面(SEI)膜形成机理的角度,分析电池性能的差异。化成充电截止电压设定为3.70 V,与3.80 V相比,电池的容量、倍率、阻抗和存储等性能都有所改善。不同化成截止电压生成的SEI膜厚度不同,3.80 V时生成的SEI膜外层疏松,有机锂盐层增厚,因有机层稳定性差导致电芯的存储性能变差。