锂离子电池含磷阻燃电解液及复合隔膜的设计与安全性能的研究

发布时间：2024-02-27 22:06

　　近二十年来,锂离子电池由于具有突出的性能,例如高能量密度、长循环寿命、无记忆效应和可控的形状设计,被广泛应用于便携式设备(如电话、笔记本电脑和便携式电源),其作用在人们的生活中已经变得极为重要。不仅如此,在过去五年中,锂离子电池也被认为是混合动力电动汽车(HEV)、插电式混合动力电动汽车和电动汽车的最佳动力源。然而,由锂离子电池的燃烧和爆炸而引起的事故却时常发生,例如三星Note7手机的爆炸和2015年厦门HEV公共汽车的自燃事件。一般而言,大多数锂离子电池组成包括聚烯烃类隔膜、液体有机电解液(包括:碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯)、锂盐和正负极。其中隔膜和电解液的低热稳定性和易燃性通常被认为是导致锂离子电池燃烧和爆炸的主要原因。因此,从隔膜和电解液角度来提高锂离子电池的安全性具有重要意义。一方面,通过掺入磷基液体阻燃剂,可以实现电解液可燃性的显著降低以及锂电池更优的电化学性能。在高温下产生的磷-氧自由基可以主动捕获由燃烧产生的自由基以终止燃烧。因此,含磷电解液体系是电解液易燃问题的最有前景的解决方法之一。另一方面,无机物基隔膜被广泛用于改善隔膜的热稳定性和孔隙率,可赋予锂离子电池...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?（ａ）?２０１６年三星Ｎｏｔｅ７爆炸事件；（ｂ）?２０１２南京的年绿源电动车自燃事件；（ｃ）??２０１６年上海的比亚迪插混动电动汽车和（ｄ）?２０１６年厦门的电动公交车自燃事件

通过在阳极中失去电子成锂离子并通过隔膜向阴极材料移动，重新回到阴极材料??的晶格结构中［３７］。这些锂离子在阴极材料的晶格结构中重排。由于这种独特的??机制，锂离子电池也被称为摇椅式电池［３８］。相应的原理图如图１．２所示。??２??

图１．２锂离子电池工作示意图

ａ）?Ｇａｌａｘｙ??、＇為＇．：妒??图１．１?（ａ）?２０１６年三星Ｎｏｔｅ７爆炸事件；（ｂ）?２０１２南京的年绿源电动车自燃事件；（ｃ）??２０１６年上海的比亚迪插混动电动汽车和（ｄ）?２０１６年厦门的电动公交车自燃事件。??因此，必须开发和制备更优异的电解液和隔膜，来解决....

图１．３?（ａ）?ＬｉＣｏ０２的层状结构，在ＬｉＭＣｈ?（Ｍ?＝?Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ）中，金属层以随机方式被??Ｍｎ、Ｎｉ和Ｃｏ占据；（ｂ）?ＬｉＭｎ２０４Ｗ尖晶石结构和（ｃ）?ＬｉＦｅＰ０４的橄榄石结构［５５］

??到目前为止，市场上商业化的阴极材料含有不同的晶体结构［４１－４３］，如图１．３??所示：层状结构，例如ＵＣｏＣｈ、ＬｉＮｉ０２和ＬｉＮｉｗＣｏｍＭｎｗＣｈＭ＃］；尖晶石结??构，如?ＬｉＭｎ２〇４?和?ＬｉＮｉ１／２Ｍｎ３／２〇４［５０－５４］；橄榄石结构，如?ＬｉＦｅＰ〇４....

图１．４锂离子电池与Ｎｉ／Ｃｄ和Ｎｉ／ＭＨ电池相比的优势

生了巨大的影响。锂离子电池的不断成功与其特有的优势是分不开的。一般而言，??锂离子电池在很多方面要优于其他电池，如Ｎｉ／Ｃｄ和Ｎｉ／ＭＨ电池［１１５］。其独特??优势如下（图１．４）：??￡Ｂｌｌｉｂ＼?麗??：＂Ｖ?Ｖ??图１．４锂离子电池与Ｎｉ／Ｃｄ和Ｎｉ／ＭＨ电池相比的优势....

本文编号：3913035