锂电池正极材料和基于六氟磷酸锂电解质溶液的热力学研究



锂电池正极材料和基于六氟磷酸锂电解质溶液的热力学研究

电动汽车与传统燃油汽车相比具有无振动、无噪声、无排放污染等优点，发展前景广阔，已成为未来汽车行业的重要发展方向之一。动力电池作为电动汽车的储能元件，直接影响到电动汽车的整车性能。锂电池具有电压高、能量密度大、功率密度高、循环寿命长、自放电率低、污染少等优点，已成为电动汽车的优选电池。在电动汽车正常行驶中，锂电池组伴随着充放电会产生大量的热，如果这些热量不能够及时消散，将导致电池组内部温度不断升高及温度分布不均匀，从而降低电池的使用性能、循环寿命及安全性。尤其在潮湿环境中，锂电池电极的热力学不稳定特性将导致电池容量的衰退和电池老化。为此，对锂电池正极材料和电解质溶液的热力学特性进行了研究。

试验采用日本宇部兴产公司生产的汽车级锂电池。该电池电解质溶液包含碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯，两者质量比为1∶1。电解质中氢氟酸和水的浓度含量分别不超过30-6和10-6。文中选择两种组成相似的富锂材料作为正极材料，但两种材料的形态不同，一种是由相对均匀的圆形富锂材料颗粒组成，另一种则是由形态差别较大的富锂材料颗粒组成。利用透射电子显微镜、X-射线衍射仪、拉曼光谱仪进行差示扫描量热法测试和老化测试，研究正极材料和电解质溶液在放热反应发生时的宏观结构转换。试验结果表明：在温度大于60℃时，在基于六氟磷酸锂的有机溶液中，锂电池正极材料变得不稳定；在温度处于60～140℃时，电解质溶液开始分解，正极材料出现局部脱锂，部分碳酸锂转化为氟化锂，形成立方尖晶石形结构；在温度处于180～400℃时，正极材料和电解质溶液发生永久不可逆的分解。研究还表明，差示扫描量热法测试和老化测试所得到的生成物相同，因此可用差示扫描量热法测试代替试验时间较长的老化测试，用以估计正极材料电解质溶液的热稳定性及其老化特性。

刊名：Journal of Solid State Electrochemistry（英）

刊期：2014年第18期

作者：Ortal Haik

编译：陈丁跃