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為什么鋰離子電池阻燃電解液開始受到關注?

2024-09-11 15:45:09 sh默尼 28

鋰離子電池自商業化以來,就以其高能量密度、高工作電壓平臺、無記憶效應、低自放電率等優勢迅速占領了手機、筆記本電腦、攝像機等便攜式電子設備領域。鋰離子電池是一種將電能與化學能相互轉換的電化學儲能器件,通過鋰離子與電子在電極材料中的嵌入與脫出實現能量的傳遞與轉換。如今對高能量密度的儲能體系的要求愈加強烈,對鋰離子電池的發展帶來了前所未有的挑戰與機遇,開發具有更高能量密度的鋰離子電池是未來的研究趨勢。


隨著鋰離子電池應用規模的不斷拓展,以及對于能量密度要求的不斷提高,鋰離子電池的安全性能得到越來越多的關注,不合理使用所導致的電池燃燒、爆炸給鋰離子電池的進一步推廣造成了阻礙。電池熱失控與電解液聯系緊密,由于鋰離子電解液主要由具有低閃點、易燃的有機溶劑(如碳酸乙酯(EC)、碳酸丙烯(PC)、碳酸乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)等)和熱不穩定的鋰鹽(如LiPF6)組成,因此,當電池內部溫度由于濫用或沖擊等原因升高時,容易造成有機溶劑分解,進而加劇溫度升高,最終導致熱失控。而當電池內電解液與空氣接觸后,氧氣參與反應進而導致火災甚至爆炸。


為了提高電池熱安全性能,減少由于熱失控導致的安全問題,已經開發了多種散熱、阻燃方式,如:通過涂覆金屬氧化物或其他聚合物對聚烯烴基隔膜進行改性,提高隔膜的熱穩定性,避免電池短路;采用基于聚合物/金屬復合材料的集流器,在聚合物內層中引入一些阻燃添加劑,從而提高整個電極的阻燃能力;制備阻燃電解質溶液,以降低傳統有機電解液的可燃性,從而抑制或避免可充電電池的燃燒。由于電解質溶液在電池中起著至關重要的作用,因此在提高電解液安全性能的措施中,設計阻燃(或不可燃)電解質溶液是實現電池安全的最有效和最重要的途徑。隨著對安全電池研究的不斷深入,制備阻燃液體電解質的策略有幾種,通過引入阻燃添加劑是最經濟有效的方法之一,可以在電池溫度上升時阻止電池內部反應,有效降低電池熱失控風險。




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