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锂离子电池高温运行性能提高方法

(1)从锂离子电池制造材料改进

针对锂电池高温下循环性能较差的现象,可以通过对正极材料改性,从而改善其高温循环性能,目前对于正极的材料改性主要有体相掺杂,表面修饰等。

锂离子电池高温运行性能提高方法

体相掺杂包括阳离子掺杂、阴离子掺杂、复合掺杂等。阳离子掺杂主要针对锰酸锂材料,通过掺入低价的阳离子后,Mn元素在晶体中被部分取代,使其平均价态升高,晶格常数减小,从而减少了锰溶解;另一方面,取代阳离子与氧之间的键强度高于锰离子与氧之间的键强度,从而使其结构更稳定,抑制了Jahn-Teller效应的发生。常用的掺杂阳离子元素有Al、Mg、Fe、Ni等。阴离子掺杂主要包括F,Cr和s2*等,利用这些电负性较大的阴离子部分取代氧离子,从而提高材料的稳定性。复合掺杂则是掺杂多种阳离子和阴离子[21-]。

体相掺杂的方法可以一定程度上改善电池的循环性能,但是会造成锂离子电池初始容量的下降,目前还未找到最理想的掺杂方法。表面修饰的方法可以减少材料与电解液的直接接触并减小材料的比表面积,从而减少了金属离子的溶解。较常用的方法是利用金属氧化物、金属氟化物及较稳定的正极材料等对材料进行包覆。

除了对正极材料的改性,也通过对石墨负极的表面包覆,从而减少电解液中金属离子在负极表面的沉积。

(2)从锂离子电池的电解液改进

对于锂离子电池电解液的改进主要是通过改变导电盐,使用电解液添加剂等方法来改善其循环性能。

电池正极材料溶解的重要原因是由于电解液中HF的存在,那么减少HF的产生,则可以减少正极材料的溶解。可以通过使用LiBOB锂盐,从而避免了HF的产生,减少了金属铁的溶出,从而提高了磷酸铁锂电池的高温循环性能。采用LiC104导电盐和LiBF4与LiBOB混合导电盐,改善了磷酸铁锂电池的高温循环性能。此外可以采用有机硅如硅烷等除水添加剂,从而减少HF的生成。

除了防止正极金属离子的溶出,也需要减少电解液中金属离子在石墨表面的沉积。研究较多的是用添加剂的方式,而添加剂抑制金属离子在石墨表面沉积有两种途径,一种是在负极表面形成致密的钝化膜,从而阻碍金属离子与石墨电极的结触,进而减少了金属离子的沉积;另一种是通过将金属离子束缚在电解液中,从而抑制了金属离子的沉积。

(3)新型粘结剂

粘结剂是锂离子电池极片的重要组成部分,对于电池的性能有显著的影响。使用CMC粘结剂极片的性能,与PVDF粘结剂相比,使用CMC粘结剂的锂离子电池显示出更好的循环性能和倍率性能。

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