原文传递
EC-free电解液对车用高比能动力电池热失控的抑制研究
| 论文题名： | EC-free电解液对车用高比能动力电池热失控的抑制研究 |
| 关键词： | 车用动力电池;EC-free电解液;高镍三元正极;热失控抑制 |
| 摘要： | 基于能源短缺和国家对新能源行业的重视，国内外电动汽车行业迎来了爆发式增长。锂离子动力电池受到了广泛应用，在能量密度上较磷酸铁锂和锰酸锂等材料更具优势的高镍三元正极材料愈发受到青睐。对于续航里程的需求进一步促进了该材料体系的深入应用，但随之带来的以热失控为核心的安全问题也不断凸显。针对此问题，本文开展了以下的研究。 首先，结合对高比能动力电池的需求，合理设计出了一款新型无EC基电解液—EC-free电解液。旨在构筑稳定的电极-电解液界面层，并运用于单晶高镍三元（镍钴锰）/石墨负极（ Single Crystal Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2/Anode Graphite ， SC-NCM811/AG）动力电池体系。 其次，在动力电池电性能方面。在常规/高截止电压下，都能形成稳定的电化学窗口。在常规截止电压(4.3 V)下，传统电解液维持62个循环之后容量即下降至738 mAh，而新型电解液在稳定循环500次后容量为944 mAh。高截止电压下，传统电解液和普通电解液的最终放电容量分别为912 mAh和1114 mAh，300次循环后的容量保持率分别为87.4%和95%。 再者，在动力电池系统各组分层面。利用差示扫描量热仪验证了新型电解液能够使正负极材料分别减少 53%和 36%的热量释放，并延缓正极材料的相变温度约118℃；质谱仪证明了新型电解液能够生成更少的O2、CO2和H2，从而减少副反应的发生。利用X射线光电子能谱定性、定量地分析在不同循环条件下的电极材料，获取了构筑稳定界面层的作用元素；扫描电子显微镜和能谱分析仪分析了其形貌特征和元素分布。指出在新型电解液的作用下生成的F、N和S元素能够构筑更加稳定的界面膜，抑制电极材料裂纹的产生，进而减少其与电解液之间的副反应。 最后，在动力电池宏观单体层面，利用加速量热仪、侧向加热等实验手段探究两种电解液在绝热环境下和非绝热环境下的热失控抑制效果。在绝热环境下，利用加速量热仪进行热分析，新型电解液能够将动力电池自产热温度T1与热失控起始温度T2分别提升11.5℃与59.6℃，动力电池的固有安全性能得到了提高。热失控最高温度T3降低了40℃，最高温升速率下降了47%，能够显著减小此电池体系热失控的危险程度。在非绝热环境下，利用侧向加热模拟电芯在实车情况下发生热失控的情况，新型电解液能够将最高温度降低95℃。 以上研究表明：本文的EC-free电解液能够在1Ah SC-NCM811/AG软包电池的应用上具有比传统电解液更为优秀的电化学循环性能和安全性能。宏观实验amp;微观表征的研究模式多层次、多角度地协同探究了高比能动力电池的热失控机理问题，研究结果对其他动力电池体系的性能探索及新型电解液的开发具有借鉴意义。 |
| 作者： | 蒋翼浓 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张世义 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
检索历史
应用推荐
