深度:钛酸锂电池的气胀原理和解决对策

2019-09-08      1562 次浏览

LTO电池气胀的影响因素和机理


水分


LTO材料由于其表面特殊性,纳米级的颗粒非常容易吸水,且难以除去,下面是LTO表面吸水和CO2的反应原理示意图:


主要反应如下,使LTO表面生成了LiOH和LiCO3


不同水分含量对LTO电池产气的影响


可以看出随着水分含量的升高,电池的产气量越来越多,在首次化成中,普通石墨电极中的水在电位1.2V附近分解,而LTO电极中吸收的水分在化成后可能依旧存在,主要是其LTO的工作电位高于1.3V,残留的水与电解液中的PF6-反应生成POF3,POF3化学催化了碳酸酯分解,进而产生了CO2,这是气胀的主要气体来源。


当正极电位达到3.5V以上时,导电剂或是LFP上包覆的C被氧化生成CO2,OH-与EC或PC类等碳酸酯的反应产物并结合CO2就生成了沉积在LTO表面的烷基碳酸脂类的低聚物,该低聚物是导致LTO电池循环性能恶化的主要原因。


电解液在LTO表面的还原分解


LTO电池产生的气体主要成分包括H2、CO、CO2及小分子的烷烃、烯烃等,因此有机溶剂在LTO电极上的催化分解反应被认为是电池气胀的主要来源。


反应机理如下图:


CO2由有机溶剂的脱羧基反应产生;


烷基碳酸盐中的烷氧基在LTO的催化作用下发生脱氢反应生成H2;


溶剂脱氢反应的中间产物也可以接受电子和Li+进行脱羰反应生成CO;其中CO2也可被还原成CO


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