锂离子电池电解液的锥形量热仪研究

发布时间：2017-11-05 21:24

  本文关键词：锂离子电池电解液的锥形量热仪研究

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【摘要】：人类过度依赖化石燃料带来了一系列问题,并造成了传统能源的不断枯竭。作为一种典型的新能源,锂离子电池由于其具有的高比能量、长循环寿命、对环境无污染等优点,近年来越来越受到人们的广泛关注。然而,锂离子电池的安全性问题一直是制约其发展的亟待解决的普遍性难题,关于锂电池热失控所引发的火灾爆炸事故的报道屡见不鲜。因此,开展对锂离子电池热安全性及火灾危险性的研究,可以掌握锂离子电池发生热失控、火灾等现象的基本规律,量化锂离子电池的火灾危险性,从而降低由锂离子电池事故造成的人身伤亡和财产损失。 锂离子电池主要由电极材料、电解液和隔膜三部分组成。其中电解液大多是高能的有机易燃物,锂离子电池滥用引发热失控会导致电极活性物质的热分解以及电解液的氧化,在电池内部产生大量气体,使电池内压急剧升高,导致内部气体以及电解液等电池内部物质射流喷出,引发火灾或爆炸。因此电解液被认为是锂离子电池造成火灾危险性的主要组分。对锂离子电池电解液的研究是近年来锂电池研究中一个比较活跃的领域。目前商业锂离子电池的典型电解液是由电解质锂盐LiPF6溶解于碳酸酯类有机溶剂组成。国内外学者对锂离子电池电解液开展了大量研究,他们的研究关注点大多是电解液与电极材料的反应或者电解液自身的热分解反应、通过寻找新型功能添加剂或者开发新型非有机离子溶剂来改善锂电池的性能、对各种各样的电解液样品进行热测试以获得它们的热行为特性等等,并得出了大量的宝贵的结论。但是目前国内外鲜有对锂电池电解液火灾行为以及燃烧特性开展相关研究。 基于此,本文使用ISO5660-1国际标准的锥形量热仪研究作为目前市场上常见的锂离子电池电解液组成成分的三种碳酸酯类有机溶剂混合物的燃烧特性,获得了几个常用的燃烧参数如热释放速率(HRR)、总放热量(THR)、质量损失速率(MLR)、燃烧效率、主要气体燃烧产物的浓度等,并就部分学者提出的基于氧耗原理的量热法会高估锂离子电池释放的化学热量这个问题,本文也采取了另一种基于化学计量原理的热化学方法计算热释放速率,以此来验证前者获得热释放速率数据的有效性。实验结果发现,作为火灾量热学最重要的参数,这几种碳酸酯混合物的热释放速率有明显的不同。通过氧耗法和化学量热法这两种独立的方法获得的三种混合物的热释放速率结果十分吻合。因此,基于氧耗原理的锥形量热仪量热法在评判锂离子电池电解液的火灾热释放方面被认为是合适的。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912

【参考文献】

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1 钱新明,周波;绝热加速量热仪研究锂离子电池电解液热安全性[J];安全与环境学报;2005年02期

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本文编号：1145962