锂离子电池热安全性的研究进展

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附近 观察 到 SEI 膜 的分 解 ; 而 开始分 解放热 ,
使用 DSC 发现 : SEI 膜在 130
不受嵌锂程度的影响。 1 2 负极与电解液的反应 当温度高于 120 时 , SEI 膜不能保护 负极 , 负极嵌 入的 锂与电解液发生放热反应。溶剂 可能与 锂 ( 金 属锂或嵌 入锂 )
Key words: L i ion batteries;
safety ;
thermal decomposition 关。 SEI 膜 包 括 稳 定 层 ( 如 L i2 CO3 ) 和 亚 稳 定 层 [ 如 ( CH 2 OCO 2L i) 2 ] 。亚稳定层可能发生放热反应。 SEI 膜的分解特性与电解液的成 分有关。在 LiBF4 电 解液 中 , 自加热曲线中没有放热峰 , 在 L iPF6 电解液中 , 放热 峰的 形状和特性取决于溶 剂的种 类。例如 , 在 EC+ DEC ( 体积 比 1 1) 的电解液中的主放热峰旁有个侧峰 , 而在 EC+ DEC ( 体 积比 1 2) 的电 解液 中 , 则没 有。在 A RC 实 验中 , 反 应活 化 能为 1 35 ! 10 3 J/ mol, 指前因子 为 1 70 ! 1015 s- 1 。 H M aleki 等 [ 4] 使用 差 示 扫描 量 热仪 ( DSC) 研 究了 碳 化 锂和电解液的反 应 , 在 100 Z Zhang 等 时, 会
Research progress in thermal safety of Li ion batteries
WANG Qing song 1 , SUN Jin hua1, CH EN Si ning 1, YAO Xiao lin2, CH EN Chun hua2
( 1 State Key Labor atory of Fir e Science, Univ er sity of Science and T echnology of China , H ef ei , A nhui 230026 , China; 2 D ep ar tment of M ater ial Science and T echnology , University of Science and T echnology of China, H ef ei , A nhui 230026, China)
报 道了 L ix C 6 与 PV DF 的 反应 热 为 , 在 287 , 在 290 时达到 时, 反
1 32 ! 103 J/ g, 反应开始时的温度是 200
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报 道 了 Li x C6 与 PV DF 的 反 应 热 为 时结束。
1 50 ! 103 J/ g, 反应开始时的温度是 240 应热达到峰值 , 反应在 350 1 4 电解液分解
1 1 1 2 2
230026;
230026)
பைடு நூலகம்
摘要 : 综合分析了锂离子电池主要材料的产热特 性 、 相 互反应 产热特 性的研 究与发 展 。 SEI 膜 、 电解 液 、 正 极的分 解 , 负极 与电解液 、 负极与粘合剂的反应等 , 是主要的产热过程 , 这 些反应的放热量决定了锂离子电池的安全性 。 关键词 : 锂离子电池 ; 中图分类号 : T M 912 9 安全 ; 热分解 文章编号 : 1001- 1579( 2005) 03- 0240- 02 文献标识码 : A
第3期 发生反应。 M N Richar d 等
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王青松 , 等 : 锂 离子电池热安全性的研究进展
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[ 1 mol/ L LiPF6/ EC+ DM C ( 体积 比 1 2) ] 进 行 了 研 究 , 发 使用 DSC 和 A RC 研究了嵌锂 石墨在 电 现 : 产热量几乎和 脱锂程度呈线性 增加 , 样品 ( 去 除电 解液 ) 释放出较少的热。 D D M acNeil 等 [ 7] 研究了 Li x M n 2O4 和电 解 液的反应 , 发现 L ix M n 2O 4 的 热稳 定性 随 L iPF6 在 EC+ DEC 中浓度的增加而降低。
第 35 卷 2005 年
第 3期 6月
电
BA T T ER Y
池
BIM ON THL Y
Vol 35, N o 3 Jun , 2005
锂离子电池热安全性的研究进展
王青松 , 孙金华 , 陈思凝 , 姚晓林 , 陈春华
( 1 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室 , 安徽 合肥 2 中国科学技术大学材料科学与 工程系 , 安徽 合肥
对电解液分解 的研 究有 些分 歧 , 电 解液 和负 极的 反应 也 使问题复杂化。如 EC 分解成二氧 化碳和乙撑 氧 , 乙撑氧能 分 解放热 , 镍酸锂促进 EC 的分解。也有研究发现 : L i0 5CoO2 和 电解液反 应 的放 热 量 , 在 一 定范 围 内 不受 电 解液 量 的影 响 ; 而 Li x M n2 O4 与电解液反应的放热量 , 随 着电解液的 增加而 增 加
使用加速度量热仪 ( A RC) 测 定
了由 SEI 膜的分解 而产 生的 放热 峰 , 该 峰值 与碳 极嵌 锂量 有 作者简介 :
王青松 ( 1977- ) , 男 , 河南 人 , 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室博士 生 , 研究方向 : 锂离子电池安全 ; 孙金华 ( 1962- ) , 男 , 江苏 人 , 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室教授 , 博士生导师 , 研究方向 : 反应性物质安全 ; 陈思凝 ( 1975- ) , 男 , 安徽 人 , 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室博士 生 , 研究方向 : 爆炸安全等 ; 姚晓林 ( 1974- ) , 男 , 安徽 人 , 中国科学技术大学材料科学与工程系博士生 , 研究方向 : 锂离子电池安全 ; 陈春华 ( 1964- ) , 男 , 四川 人 , 中国科学技术大学材料科学与工程系教授 , 博士生导师 , 研 究方向 : 锂离子电池 。
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1 锂离子电池材料的热性能研究
锂离子电池材料之间主要放热反应有 : SEI 膜的分解 ; 电 解液分解 ; 正极分解 ; 负极与电解液的反应 ; 负极与粘合剂的 反应 ; 此外 , 由于电池存在电阻 , 使用时也产生少量热量。 1 1 SEI 膜分解 负极表面有绝缘保护膜保 护 , 使之 不与电 解液发 生反应 , 这层保护膜被称为 SEI 膜 , 该膜不稳定 , 在 90~ 120 发生分解。M N Richard 等