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5、高电压耐受电解液
虽然高电压锂电池材料越来越受到重视,但是在实际生产应用中,这些高压正极材料仍无法达到良好的效果。最大的限制因素是,碳酸酯基电解液电化学稳定窗口低,当电池电压达到4.5(vs.Li/Li+)左右时,电解液便开始发生剧烈的氧化分解,导致电池的嵌脱锂反应无法正常进行。开发耐受高电压的电解液体系成为推动这种新型材料实用化的重要环节。
通过开发和应用新型的高压电解液体系或者高压成膜添加剂来提高电极/电解液界面的稳定性是研发高电压型电解液的有效途径,从经济角度来说,后者往往更受青睐。这种提高电解液耐受电压能力的添加剂一般包括含硼类、有机磷类、碳酸酯类、含硫类、离子液体及其它类型添加剂。含硼类添加剂有三(三甲基烷)硼酸酶、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、四甲基硼酸酯、硼酸三甲酯以及三甲基环三硼氧烷等。有机磷类添加剂包括亚磷酸酯、磷酸酯类。碳酸酯类添加剂包括含氟皖基化合物。含硫添加剂包括1,3-丙磺酸内酯、二甲磺酰甲烷、三氟甲基苯硫醚等。离子液体类添加剂包括咪唑和季磷盐类。
从已经公开报道的国内外研究来看,引入高压添加剂可以使电解液耐受4.4~4.5V的电压,然而当充电电压达到4.8V甚至5V以上,必须开发可耐更高电压的电解液。
6、耐高温隔膜
锂电池隔膜在锂离子电池中主要起到导通锂离子和隔绝正负极之间电子接触的作用,是支撑电池完成充放电电化学过程的重要构件。在锂电池使用过程中,当电池出现过充或者温度升高时,隔膜需要有足够的热稳定性(热变形温度>200℃),以有效隔离电池正负极间的接触,防止短路、热失控甚至爆炸等事故的发生。目前广泛使用的聚烯烃隔膜,其熔点及软化温度都较低(<165℃),难以有效保证电池的安全性,而其较低的孔隙率及低表面能则限制了电池倍率性能的发挥。因此大力发展高安全性的耐高温隔膜显得非常重要。
宁波材料所动力锂电池工程实验室与大连化学物理研究所储能技术研究部,采用湿法过程一次成型技术,共同研发了一种新型耐高温多孔隔膜,这种多孔隔膜制备成本低,易于量化生产。初步研究结果表明,隔膜的热变形温度远高于200℃,与商品化的无纺布隔膜的热稳定性相当,可有效保障电池安全性。同时,这种多孔膜具有高孔隙率及高曲率的孔结构,能够在保证电池容量发挥的同时有效避免电池的微短路及自放电现象。除此之外,宁波材料所还开发出了具有超薄离子可交换功能层的耐热复合隔膜、基于三维耐热骨架的凝胶复合隔膜以及陶瓷隔膜。
除了宁波材料所,2015年,三菱树脂在隔膜上涂布高耐热性无机填充物,使隔膜在220℃的温度下仍然能保持适当的电阻值,阻断电流的通过。
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