锂离子电池正极用基于聚苯胺和聚吡咯的PTC电极研究
发布时间：2020-12-20 14:33
随着锂离子电池能量密度、功率密度的逐渐提升,其突发的安全问题也引起了人们更多的关注。调研发现,引发锂离子电池安全事故的根本原因是热失控。采用正温度系数（PTC）电极是提升其安全性能的一种有效举措,作用原理是在高温下增大电极的欧姆极化从而关闭电池反应,抑制电池发生热失控。本文通过涂覆、电沉积的方法在正极集流体上制备出三种超薄的聚合物正温度系数（PPTC）导电材料层,再涂覆三元材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3（NCM523）制备出PPTC安全电极。对PPTC电极材料及其结构进行表征,重点探究PPTC安全电极对锂离子电池在常温下电化学性能和高温下热安全性能的影响。主要研究内容和结论如下:（1）通过流延涂覆法制备出的三组聚苯胺和碳纳米管配比分别为8:1、7:2和6:3的PAN-CNTs复合PPTC电极,涂覆厚度约3-5μm。红外吸收光谱分析表明导电聚苯胺呈中间氧化态;随着CNTs含量的增加,EIS曲线中的Rct值逐渐减小;选择7:2的配比时,PPTC电极展示出较好的电化学性能,高温阻抗测试发现R
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二次电池的发展趋势
尽管锂离子电池在组成材料方面不断地迭代优化，但是电池的基本设计与20 年前索尼商业化的电池并没有太大变化。如图1.2所示，锂离子电池的反应机理可从充电过程和放电过程分别来阐述。在充电过程中，电源与外电路相连，正极上的锂离子从活性物质中脱嵌出来同时释放一个电子，然后借助电解液的离子传导穿过隔膜，插嵌入负极上的活性物质层同时得到外电路运输过来的电子；放电过程是锂离子运动的相反过程，负载与外电路相连，负极上的锂离子从活性物质中脱嵌出来同时释放一个电子，然后借助电解液的离子传导穿过隔膜，插嵌入正极上的活性物质同时得到外电路运输过来的电子。其充放电反应的化学式如下：充电反应：正极 LiMO2→Li1-xMO2+xe-+xLi负极 6C+xe-+xLi+→LixC6放电反应：正极 Li1-xMO2+xe-+xLi→LiMO2负极 LixC6→6C+xe-+xLi+式中：M=Co、Ni、Mn 等。图 1.2 经典锂离子电池工作示意图[12]
由于使用年限长着火。此后，由于对电池能量密度的过度追求事故的报道越来越多。完全统计，仅 2018 年年内，新能源汽车的自燃事件发生多达事件的发生，使得行业开始审视自燃事件背后的技术和质量来说，事故的发生不完全归咎于锂离子电池，不正确的使用或重事故的严重性。在不能保证规范使用的前提下，我们需要开全保护措施尽可能的减少损失。发锂离子电池安全事故的因素来说，影响锂离子电池的安全性能因素有很多，如热辐射、电环境滥用等[13,27,28]。如图 1.3 所示，众多不可控的因素叠加起部温度的上升，当散热的速率小于产热的速率，会导致温度继放热反应的副反应；温度升高至约 200oC 时内部更多的副反进行，最后引发热失控，具体表现为电池发生冒烟、起火或
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚吡咯的合成及其在金属防腐蚀领域的应用[J]. 周亚倩,郝璐,朱凯明,于德梅. 腐蚀科学与防护技术. 2018(05)
[2]锂离子电池热失控防范技术[J]. 李惠,吉维肖,曹余良,詹晖,杨汉西,艾新平. 储能科学与技术. 2018(03)
[3]锂离子电池安全防护技术专利分析[J]. 惠东,高飞,杨凯,惠娜,陈蕾,张晰. 高电压技术. 2018(01)
[4]车用锂离子动力电池系统的安全性[J]. 何向明,冯旭宁,欧阳明高. 科技导报. 2016(06)
[5]具有热关断涂层的锂电池隔膜性能表征[J]. 白莉,怀永建,艾新平,贾海. 电化学. 2015(05)
[6]A positive-temperature-coefficient electrode with thermal protection mechanism for rechargeable lithium batteries[J]. XIA Lan,ZHU LiMin,ZHANG HaiYan & AI XinPing Hubei Key Laboratory of Electrochemical Power Sources,College of Chemistry & Molecule Science,Wuhan University,Wuhan 430072,China. Chinese Science Bulletin. 2012(32)
[7]动力锂离子电池的安全性控制策略及其试验验证[J]. 李建军,王莉,高剑,何向明,田光宇,张剑波. 汽车安全与节能学报. 2012(02)
[8]高比能电池新材料与安全性新技术的研究进展 Ⅰ.锂离子电池自激发安全保护机制[J]. 艾新平,曹余良,杨汉西. 电化学. 2010(01)
[9]接触电阻对聚合物PTC元件性能的影响[J]. 王济娥,赵复兴,武于东,陈汴琨. 电子元件与材料. 1997(05)
本文编号：2928034
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二次电池的发展趋势
尽管锂离子电池在组成材料方面不断地迭代优化，但是电池的基本设计与20 年前索尼商业化的电池并没有太大变化。如图1.2所示，锂离子电池的反应机理可从充电过程和放电过程分别来阐述。在充电过程中，电源与外电路相连，正极上的锂离子从活性物质中脱嵌出来同时释放一个电子，然后借助电解液的离子传导穿过隔膜，插嵌入负极上的活性物质层同时得到外电路运输过来的电子；放电过程是锂离子运动的相反过程，负载与外电路相连，负极上的锂离子从活性物质中脱嵌出来同时释放一个电子，然后借助电解液的离子传导穿过隔膜，插嵌入正极上的活性物质同时得到外电路运输过来的电子。其充放电反应的化学式如下：充电反应：正极 LiMO2→Li1-xMO2+xe-+xLi负极 6C+xe-+xLi+→LixC6放电反应：正极 Li1-xMO2+xe-+xLi→LiMO2负极 LixC6→6C+xe-+xLi+式中：M=Co、Ni、Mn 等。图 1.2 经典锂离子电池工作示意图[12]
由于使用年限长着火。此后，由于对电池能量密度的过度追求事故的报道越来越多。完全统计，仅 2018 年年内，新能源汽车的自燃事件发生多达事件的发生，使得行业开始审视自燃事件背后的技术和质量来说，事故的发生不完全归咎于锂离子电池，不正确的使用或重事故的严重性。在不能保证规范使用的前提下，我们需要开全保护措施尽可能的减少损失。发锂离子电池安全事故的因素来说，影响锂离子电池的安全性能因素有很多，如热辐射、电环境滥用等[13,27,28]。如图 1.3 所示，众多不可控的因素叠加起部温度的上升，当散热的速率小于产热的速率，会导致温度继放热反应的副反应；温度升高至约 200oC 时内部更多的副反进行，最后引发热失控，具体表现为电池发生冒烟、起火或
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚吡咯的合成及其在金属防腐蚀领域的应用[J]. 周亚倩,郝璐,朱凯明,于德梅. 腐蚀科学与防护技术. 2018(05)
[2]锂离子电池热失控防范技术[J]. 李惠,吉维肖,曹余良,詹晖,杨汉西,艾新平. 储能科学与技术. 2018(03)
[3]锂离子电池安全防护技术专利分析[J]. 惠东,高飞,杨凯,惠娜,陈蕾,张晰. 高电压技术. 2018(01)
[4]车用锂离子动力电池系统的安全性[J]. 何向明,冯旭宁,欧阳明高. 科技导报. 2016(06)
[5]具有热关断涂层的锂电池隔膜性能表征[J]. 白莉,怀永建,艾新平,贾海. 电化学. 2015(05)
[6]A positive-temperature-coefficient electrode with thermal protection mechanism for rechargeable lithium batteries[J]. XIA Lan,ZHU LiMin,ZHANG HaiYan & AI XinPing Hubei Key Laboratory of Electrochemical Power Sources,College of Chemistry & Molecule Science,Wuhan University,Wuhan 430072,China. Chinese Science Bulletin. 2012(32)
[7]动力锂离子电池的安全性控制策略及其试验验证[J]. 李建军,王莉,高剑,何向明,田光宇,张剑波. 汽车安全与节能学报. 2012(02)
[8]高比能电池新材料与安全性新技术的研究进展 Ⅰ.锂离子电池自激发安全保护机制[J]. 艾新平,曹余良,杨汉西. 电化学. 2010(01)
[9]接触电阻对聚合物PTC元件性能的影响[J]. 王济娥,赵复兴,武于东,陈汴琨. 电子元件与材料. 1997(05)
本文编号：2928034
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