如何抑制钛酸锂电池的胀气?

2018-05-15      2031 次浏览

  目前抑制钛酸锂电池胀气的解决方案主要有三种,第一、LTO负极材料的加工改性,包括改进制备方法和表面改性等;第二、开发与LTO负极相匹配的电解液,包括添加剂、溶剂体系;第三、提高电池工艺技术。


  (1)提高原材料纯度,避免制造过程中杂质的引入。杂质颗粒不仅会催化电解质的分级产生气体,同时也将大大降低锂电池的性能、循环寿命和安全性,因此必须尽可能减少电池中杂质的引入。


  (2)钛酸锂表面覆盖纳米碳颗粒。负极LTO形成气体的表观原因是SEI膜形成较慢,较少,导致胀气现象伴随其一生。研究发现,在钛酸锂和电解液界面之间建立隔绝层(如构建纳米碳包覆层于钛酸锂表面(LTO/C),协同包覆层上形成的固体电解质界面(SEI)膜一方面减少了LTO材料与电解质的接触面积,阻止气体的产生。


  另一方面碳本身可以产生SEI膜弥补LTO的不足,同时还可以增强LTO材料的导电性。上述研究成果对解决钛酸锂电池产气行为具有重要的意义,对高能量的钛酸锂动力电池设计与规模化应用和发展具有促进作用。


  (3)改善电解液功能性。对于新型电解液的开发,很多专利都倾向于添加剂的使用,以促成在LTO表面形成致密SEI膜,来抑制LTO与电解液界面副反应的发生。某些电解剂添加剂,例如氟化的碳酸盐和磷酸盐,有利于在正极表面形成稳定SEI膜,减少正极表面金属离子的溶解,从而降低气体的产生。


  成膜添加剂也能抑制产气量,加入的成膜添加剂有硼酸锂盐、丁二腈或己二腈、R-CO-CH=N2结构的化合物(其中R为C1~C8的烷基或苯基)、环状磷酸酯、苯基衍生物、苯乙炔衍生物、LiF添加剂等,这些成膜添加剂都有利于LTO表面形成SEI膜,一定程度上抑制了胀气的发生。


  (4)正极表面涂层。在正极表面覆盖稳定的化合物,例如氧化铝等能够有效抑制金属离子溶解。但是过于复杂的包覆层会抑制锂离子脱嵌,影响材料电化学性能。


  (5)提高电池生产工艺。电池生产时,要控制环境湿度、操作过程水分引入等。从气体的产生原因可知,空气中的水分会与正极材料反应形成碳酸锂并加速电解质分解,生成二氧化碳。此外,钛酸锂材料本身具有极强的吸水性(需要在干房进行操作),负极极片吸收水分后会与电解液可逆分解所产生的PF5反应生成H2,因此严格的水分控制至关重要。


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