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2022耐高温锂电池技术

时间:2022-09-26 编辑:池龙新能源 游览:651次

锂电池的主要用途是为电动汽车、电动工具提供动力,因此对锂离子动力设备的要求很高,比如高温安全、安全性等。为了适应于这些新要求,提高产品的性能和使用寿命,锂电池行业发展迅速。然而,许多用户仍然对锂电池的工作温度非常敏感。因此,有必要研究耐高温锂电池技术来满足这些新要求。随着现代电力电子技术和汽车工业的发展,电化学动力技术不断提高。耐高温锂电池主要有两种类型:一是在高温下可安全使用的锂离子电池;二是在非热敏表面上仍具有高能量密度的锂盐电池和固态锂盐正极材料的有机化合物和无机化合物作为正极材料应用于各种电子设备产品上(如便携式电子表)。


1.主要问题

从目前来看,研究锂离子电池的电化学性能主要是通过热管理来实现,这会导致锂电池的寿命降低。而且由于锂离子电池自身性能不稳定的特点,使用过程中容易造成起火和爆炸事故。这也是锂离子电池在市场上推广的一大障碍。另外,当锂离子电池处于高温状态时,容易造成电极材料发生分解或变形,导致正极和负极材料活性降低;电解液过热容易分解;金属纳米颗粒或金属氧化物会发生化学反应生成有害物质而危害锂盐电池。此外,正副反应通常在正极-锂盐中完成。由于正极材料的不稳定、金属氧化物的腐蚀和电解液的酸化等原因,很容易引起电解液分解产生有害物质并污染环境。


2.解决方法

由于许多锂电池材料与电池基体在高温下容易相互粘连。为了解决这个问题,我们必须在热扩散过程中形成足够的电子迁移率和热扩散动力学(电子迁移率)来降低锂盐材料与电解液之间的粘连以及电解液与负极材料之间的界面反应所引起的体积膨胀。除了实现热扩散过程之外,还需要开发和制造一种高效、稳定、耐高温锂盐阴极/阳极结构。根据锂盐电解质成分中含有何种元素来选择锂盐电极化介质是解决这一问题的关键。现在已有很多学者研究了对锂盐电极化介质结构和热扩散性能的研究。比如 He等人通过添加活性位点使 Li等硫化物和 Li元素在石墨电极中结合成为稳定和热稳定性更强的石墨结构阴极极体后能显著提高锂离子电极化介质与电极间的接触速率以及良好电导率的提高。为了提高这些阳极极体对温度变化更敏感以及更长使用寿命的能力,可在正极中引入石墨基体作为阳极极体、在负极中引入 Li等硫化物作为非极性负极材料来形成多孔状结构或使用 Li等金属氧化物作为阳极极体;或者将 Li等硫化物和 Li等金属氧化物或其他碳化物作为石墨阴极来实现阴极和阳极之间更紧密的接触过程,如图1所示。


3.结语

目前,基于锂离子电池高温安全特性的耐高温锂电池技术已得到了广泛关注。耐高温锂电池技术已成功应用于移动电源、便携式电子设备、可穿戴设备和家用电器等。近年来,为了进一步提高抗高温腐蚀材料、有机溶剂添加剂、耐高温锂电池正极材料等新型耐热添加剂材料的研制开发,在耐热添加剂的性能研究和制备中取得了一些重要进展。目前,这些耐热添加剂体系具有更高地理论能量密度和更低的热导率,这将有利于耐热添加剂之间的竞争。耐高温锂电池正极材料由于其内部结构优良、高热稳定性以及其安全性得到了广泛关注。此外,由于其性能优越、体积小、重量轻、能量密度高、耐热性好、放电容量高、安全性能好等优势逐渐被广泛应用于各种电子产品中。然而,这些耐高温技术在未来发展中仍然存在许多问题:一是如何进一步提高现有的耐热添加剂体系容量;二是如何改善已有技术方法下耐热添加剂体系对电化学性能及热稳定性的影响;三是如何制备低成本和高效、高能量密度、安全可控、寿命长、稳定可靠的耐热添加剂体系;四是在电池工作温度范围内研究具有良好高温性能和低温安全性的电池表面改性问题以及改进后的耐高温功能材料与电子设备电化学特性等。