长寿命高镍锂电池界面重构电解液添加剂研究进展

高镍正极匹配锂金属负极是实现高比能锂电池的重要发展方向之一,然而,高比能锂电池体系存在体相结构稳定性差、与表界面难以兼容等共性问题,特别是在高截止电压、宽温域的实际工况条件下,表界面退化往往加速体相结构的破坏,造成电极材料性能快速衰退。相较于离子掺杂和表面包覆等改性手段,基于溶剂-锂盐优化或功能性添加剂主导的电解液诱导界面重构改性工程,可以同时实现对高比能正负极材料电化学循环改性,易于大规模工业生产应用。其中,功能性添加剂能极大提升电极/电解液界面兼容性,同时有利于调控电解液溶剂化结构,利用其电化学氧化/还原活性特征改变高比能电极/电解液电化学界面行为,从而实现高比能锂电池稳定循环。本文论述了不同功能性电解液添加剂在高镍正极和负极表面的成膜性、界面吸附稳定性、界面协同演变、酸水杂质清除等方面改性作用,为筛选和设计特定功能化添加剂实现高比能高镍锂全电池的稳定循环提供了新思路。

高镍/碳硅三元锂离子电池循环老化机理研究

高镍锂离子电池具有能量密度大、功率密度大等特征,目前得到了广泛使用,但是老化造成的电池容量损失一直是制约高镍锂离子电池高效利用的问题。本工作对高镍/碳硅锂离子电池的老化机理进行了研究,开展了高镍/碳硅型锂离子电池循环老化实验,利用无损和有损测试全面分析了不同寿命阶段的高镍/碳硅三元锂离子电池老化模式并进行验证。分析结果表明,锂离子电池容量衰减呈现两个阶段;第一阶段电池容量呈线性损失,容量损失主要由锂离子的损失导致,老化主要机理是SEI膜的生长和负极材料的损失;第二阶段电池容量骤降,容量损失主要由锂离子损失和电导率损失共同导致,老化主要机理是正极材料的溶解与正极晶体的不可逆性改变和电池隔膜的堵塞;通过计算机断层扫描分析不同寿命阶段锂离子电池整体形貌表明电池生产过程中的初始影响对电池老化部位影响明显,XPS测试结果表明正负极表面钝化层在整个锂离子电池循环实验中不断增厚,且负极材料表面存在过渡金属Ni的沉积,极大地影响了电池的储能能力。本工作揭示了高镍/碳硅锂离子电池老化特性和机理,对高镍/碳硅锂离子电池的梯级利用具有重要理论指导意义。

硫系添加剂在高镍锂离子电池中的改性研究

为了改善高镍锂离子电池的性能,在电解液中加入PS和DTD两种硫系添加剂。实验结果表明,PS和DTD均可有效改善电池性能,尤其是DTD,显著改善了电池的低温放电性能、倍率性能和高温贮存性能,可作为高镍圆柱形锂离子电池的改性成膜添加剂。

圆柱形高镍三元锂离子电池高温热失控实验研究

锂离子电池安全性问题的本质是锂离子电池的热安全性问题,高温对锂电池极为有害,不仅影响电池的使用寿命,还可能危及电池安全。本文以圆柱形高镍三元锂电池为实验对象,利用绝热加速量热仪(ARC)的加热-等待-搜索(Heat-Wait-Seek)模式,对五组工况(SOC=0、25%、50%、75%和100%)下锂电池发生高温热失控时的热特性参数开展研究。实验结果表明:①锂电池发生高温热失控时的自产热起始温度受电池SOC的影响较小,主要受SEI膜分解的作用;②热失控触发温度随着SOC的增加呈现出降低的趋势,且正极与电解液的反应产热是导致热失控的主要原因;③热失控过程中电压线掉落和安全阀破坏的温度均随着电池SOC的增加而降低;④锂电池SOC值越高,热失控过程中的最高温度越高,最高温升速率越大,锂电池的破坏程度越剧烈。

高镍三元锂离子电池低温放电性能研究进展

随着新能源汽车产业的迅速发展,消费者对电动汽车续航里程的要求不断提高。高镍三元锂离子电池因其比能量高成为电动汽车中最具应用前景的动力电池,但该电池体系依然面临着低温性能差的问题。本文综述近年来高镍三元锂离子电池低温性能的研究进展,重点总结高镍三元锂离子电池低温性能的影响因素,一方面从热力学角度分析低温下高镍三元正极材料和石墨负极材料的结构变化、电解液相态和溶剂化结构变化以及黏结剂玻璃化转变对电池低温性能的影响;另一方面从动力学角度分析高镍三元电池低温放电过程中的速率控制步骤。归纳目前高镍三元锂离子电池低温性能的主要改善措施,其中低温电解液的设计包括优化溶剂、改善锂盐及使用新型添加剂三个方面,对电极材料低温性能的改善主要是通过体相掺杂、表面包覆及材料颗粒粒径降低的方式。总结电池中低温性能研究中存在的对电池低温热力学特性研究不够明确、对电池低温动力学过程研究方式单一以及对电池中的反应顺序存在的影响认识不足等问题。

高镍三元锂离子电池火灾及气体爆炸危险性实验

高镍三元锂离子电池在电动车领域发展势头迅猛,但因为其能量密度高,在加热、过充、撞击等滥用条件下比其他已有电池更易发生严重的火灾爆炸事故,其推广应用需要进行更为严格的安全测试,本文针对NCM811锂电池进行了加热下的热失控实验,并设计了锂电池热失控气体收集装置,且对收集的电池气体进行配气完成了爆炸极限测试实验,得到0%、50%、90%SOC下锂电池热失控火灾特征和热失控后气体爆炸危险性参数。结果表明,NCM811电池的火灾爆炸危险性随SOC的增大而增大,90%SOC产气量达124.21 mol,火焰温度达650℃,1 L容器中超压达512 kPa,爆炸极限为7%~38%,极易引发周围电池的燃烧爆炸,相关安全措施建议被采用。

新离子型添加剂对高镍锂离子电池性能影响研究

研究了一种新离子型负极成膜添加剂2D对NMC811/石墨电池性能的影响,并与当前最常用商业化负极成膜添加剂VC进行对比试验。微分容量dQ/dV显示2D先于EC和VC在2.1 V左右还原,在石墨负极形成较稳定的SEI膜,交流阻抗结果表明含2D成膜阻抗明显低于VC;含2D、VC、2D和VC复合电解液的NMC811/石墨电池的倍率循环、高温存储和高温循环等测试结果表明,含2D电解液电池的石墨负极钝化膜更加稳定,有效提升锂离子电池的循环、存储和倍率性能,60℃存储含2D电池的电压和电阻变化较小,高温循环200周后,不含2D添加剂电池容量损失达15%,含2D电池容量保持率在92%以上。

高镍三元正极锂电池循环衰减分析

本研究专注于高镍三元正极锂电池循环性能的试验,先通过循环测试,得到该电池的容量衰退结果,之后用容量增量分析法对不同循环次数后的电池进行容量增量分析,预估其容量衰减原因,最后对循环后的电池进行拆解,分析电池正负极结构和表面元素组成后进一步确认电池的衰减原因。

不同HLB值的表面活性剂对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)的影响

表面活性剂在材料制备中具有控制形貌和改善性能的重要作用,本工作试图建立一种表面活性剂的亲水亲脂平衡(HLB)值与材料之间的关系。采用水热法制备LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)(OH)_(2)选用不同HLB数的表面活性剂诱导和控制正极材料的形貌,获得优异的性能。为了改性三元层状材料,分别使用不同HLB值的脱水山梨糖醇单硬脂酸酯(Span60)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十二烷基硫酸钠(SDS)作为表面活性剂。四组材料的首次放电比容量分别为184.1 mAh/g、199.4 mAh/g、179.1 mAh/g和139.1 mAh/g。