锂离子电池耐过充添加剂的研究

锂电池研发,生产,应用

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第3 6卷第 3期200焦 6

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锂离子电池耐过充添加剂的研究朱亚薇董全峰，,一郑明森，明钢，亚丁一林祖赓一金一詹 ,,(. 1厦门大学化学4 -学院，建厦门 3 10; .门大学宝龙电池研究所， LY -福 6 0 52厦福建厦门 3 10 ) 60 5摘要：己基苯和二甲苯作为耐过充添加剂加入锂离子电池电解液中。环己基苯和二甲苯分别在 4 7 4 6 s L/环 .0V、 .6V( . i L+处发生电聚合反应。聚合物几乎全部覆盖在隔膜表面， i)阻断了反应，改善了电池的安全性。添加 5%添加剂的电池，

均可耐 3 c 1 、O v过充电，对电池正常充放电时的电化学性能影响很小。且关键词：充；电聚合；二甲苯；环己基苯过 中图分类号： M9 2 9 T 1 .文献标识码： A文章编号：0 1 59 2 0 )3—0 6 10—17 (0 6 0 18—0 2

S ud n o e c r i g a dii e fLii n b te y t y o v r’ g‘ d tv s o o a t n h a n _— b r

Z aw i,D G Qu nfn HU Y— e ON a— g一，Z NG Migsn一， e HE n—e J N Mi g g n I n— a g一.Z HAN Yad n — i g一. L N Z—e g, I ug n ( . ol eo hmir a dC e cl n ier g,Xim nU ie i im n F j n3 10, hn; 1 C lg C e s 3 n hmi gnei e f t aE n a e nvr t,Xa e, ui 6 0 5 C ia s) a 2 P w r ogB t r Is tt,Xim n U ies),X a e Fqa 60 5 hn ) . o eL n at ) nt ue e i a e nvr t i’ im n,￣in3 10,C iaAb ta t C e h x l e z n ( B a dx ln v rh riga dt e w r d dit io a t y l t lt . Ba dx ln sr c: y l e y b ne e C ) n ye e s ec agn i vs ee d e oL— n t r

e r ye C n y e o ao d i a n i b e ec o e c u ee crc e i l o m r e t .0 V a d4 6 ( s L/ i,r p t e .T ep l m rm i yd p s e nt e ol b et h m c l p l ei da 4 7 n .6 V u, iL ) e e i l d l o ay y z s c v y h o e a e oi do h y l n ts pa a o,r s ri e he ra to n mpr v d t ae y p ro m a c ft e b te y.Th a t is wih t ea diie o d r it e r t r e tan d t e ci n a d i o e hes f t e f r n eo h a t r e b tere t h d tv sc u e s l s o e c r eo 3 C . 1 V whe t e c ntnt f a d tv Wa 5% . v r ha g f 0 n h o e o d ii e S The e S o l a hg i fu n e on h ee to h m ia r Wa n y s ht n e c t e l r c e c l l c

p ro ma c f t e b te i t o ma h r e d s h r e. e f r n e o h a t r wih n r lc a g - c a g s e i

Ke r s oe h re e tcplm r ai; x l e cc h xl ezn( B y wo d:vr ag; l r o e zt n c c e i y i o y n; yl ey bneeC ) e o

安全性能已成为锂离子电池发展的关键问题，过充电是使用过程中较易发生的问题 J 1 。人们在电解液中加入添加剂，利

隔膜， lL LP 6 E 1mo iF/ C+D/ MC+D C体积比 1 1 1下同 ) E(::,电解液和 5质量比，%(下同 )的添加剂，在充满氩气的手套箱中进行。

用其氧化还原电位 J电聚合电位 J控制电池的过充电。 2或 3来 早期的过充电保护剂有二茂铁及其衍生物 ( . 3 0~3 5 V)亚铁 .,离子的 2 2吡啶和 1 1一菲咯啉的配合物 ( .,-,0邻 3 8~3 9 V), . J 但由于氧化电势低，以满足 4V级电池的要求。难 本文作者选用二甲苯和环己基苯作为电解液的添加剂，对其过充电安全保护作用和

对电池性能的影响进行了研究。

循环伏安测试采用三电极体系，工作电极是直径为 2 u 5, m的铂微电极，电极和参比电极均为锂片，对电解液为 1mo L l / LP E i/ C+ DMC+D C和 5 E%的添加剂。模拟电池在 2 3恒 7电位仪(国产 )美上进行循环伏安实验，在恒流充放电测试系统 B S5 / A( T -55V 5m深圳产),电池 02 C循环 2次后以 05上将 . . C过充， L O 13用 E一50扫描电镜 (德国产)进行 S M研究。 E 3 c 1 、0V过充电实验所用锂离子电池芯容量为 6 0mA 0 h (门产)厦。测试时，电解液中加入添加剂。先将电池在 A b 在 ri n B 20 T 0 0测试仪(国产 )美上以 0 2 C 10m在 4 2 . . (2 A) .~3 0V化

1实验 模拟电池制备：极片中巩 (酸锂 )巩 (炔黑 )巩(正钴：乙：聚

偏氟乙烯) 5 7:,属锂作负极， e ad2 0=8: 8金 C t r 50聚丙烯微孔 g作者简介：

朱亚薇(9 1,, 18一)女河北人，门大学化学化工学院硕士生，究方向：厦研化学电源； 董全峰 (9 4一)男， 16,河南人，门大学化学化工学院教授，厦研究方向：学电源，化本文联系人： 郑明森( 9 5,福建人， 17一)男，厦门大学化学4 r学院博士生，究方向： L_ _研化学电源；金明钢 ( 9 8,,川人，门大学宝龙电池研究所高级工程师，究方向：料学； 16一)男四厦研材

詹亚丁 (9 2,, 1 5一)女福建人，门大学化学化工学院实验师，究方向：厦研化学电源； 林祖赓 (9 4,, 13一)男福建人，门大学化学化工学院教授，厦研究方向：电化学。 基金项目：7 9 3项目(0 2 B 18 0,国家自然科学基金 (0 7 0 8,厦门市科技计划项目(5 2 20 5 1 ) 2 0 C 2 10 ) 2335) 3 0 Z 0 5 0 8

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第 3期

朱亚薇，:离子电池耐过充添加荆的研究等锂

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成 2次，待性能稳定，以 3 C( .恒流过充电至 1。再 1 8A) 0v在 6 0m锂离子电池芯中注入加有不同含量添加剂的 0 Ah电解液，先将电池以 0 2 C 10mA) . ( 2充放电 3次

,使性能稳定，再以 1C 6 0mA) 4 2~3 0V充放电，试循环性能。 ( 0在 . .测

电池，过充电后隔膜表面包覆了一层物质( 2、f。这是因为图 e2)添加剂在过充电电位下发生聚合反应，聚合产物与隔膜结合较紧密。将 LC O极片和隔膜分离后， io 2聚合产物几乎全部粘附在隔膜上，明在过充电的条件下，说添加剂确实发生了聚合反应。2 3 3C、0V过充电实验 . 1

2结果与讨论2 1循环伏安曲线 .图1为添加剂为 5%时，铂微电极的首次循环伏安曲线，扫描速度为 2/。 0mV s

电解液中不含添加剂的电池，在接近 1 0 v时有电解液喷

出，电压开始剧烈波动( 3)随后电池爆炸。相同条件下，图 a,有添加剂的电池均可过充电到 1 0v而不爆炸 ( 3 )两种添加图 b,剂的效果相近。这可解释为在过充电电位下，添加剂发生电化学聚合，聚合物覆盖在电极和隔膜表面，塞了隔膜上的微孔，阻 抑制了锂离子的迁移，阻断了反应，改善了电池的安全性。

图 l添加剂为 5%时铂微电极的首次循环伏安曲线F g. I ii i 1 n t lCVso c o lc r d t % a d t e a fPtmir ee to e wih 5 d ii s vr /s

由图 1知，甲苯在 4 6 V. iL,同 )始发生可二，6V( S L/ i下开

图 3电池的 3c、0v过充电曲线 1F g 3 Ov r h r i gclv fb te i n e 1 i. e c a g n l e o a t r u d r3 C, 0 V rs s e

聚合反应，峰电位为 4 7环己基苯在 4 7、3V; .0V开始发生聚合反应，电位为 4 9 。两种添加剂的氧化电位均在 4 3 峰 .0 v .0 v

2 4循环实验 .电池的 1C循环性能如图 4所示。 50 0 60 0

以上，回扫过程中无还原峰，在氧化聚合为不可逆反应。2 2 S M研究， E

将模拟电池以 0 2 C循环 2次后，以 0 5 c恒流过充电 .再，至 49 V之后，电池在手套箱中拆开，现电解液中有添加 .。将发

主50 8三 \ 56 …… 此处隐藏：3895字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……