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陶瓷顆?？梢蕴嵘姵匦阅?真的是因?yàn)楹虷F反應(yīng)嗎?
發(fā)布時(shí)間：2019-09-09 閱讀：1394次
    鋰離子電池的生產(chǎn)無(wú)論是對(duì)原材料還是環(huán)境的水分都有嚴(yán)格的要求，原因在于水的存在能促進(jìn)電解液中常用鋰鹽LiPF6的分解產(chǎn)生HF。HF不僅能腐蝕集流體，還會(huì)同正材料作用導(dǎo)致金屬離子溶出，zui終惡化電池性能。因此，盡可能除去電池中的水一直是電池企業(yè)關(guān)注的重要內(nèi)容之一。
    陶瓷顆粒在鋰離子電池中有著廣泛的應(yīng)用，如正材料表面有陶瓷顆粒包覆以降低正材料同電解液的直接接觸，隔膜一般會(huì)進(jìn)行單面或雙面陶瓷顆粒涂覆以提高隔膜抗熱收縮、穿刺強(qiáng)度等性能。
    以往的觀點(diǎn)多認(rèn)為陶瓷顆粒在電池中的另一大好處是能和HF反應(yīng)從而提升電池性能。但事實(shí)真的是這樣嗎？
    先將電解液分別同多種不同陶瓷顆?；旌戏胖靡恢?，隨后將離心分離得到的電解液注入到NCM811/Gr電池中對(duì)比電化學(xué)性能。結(jié)果顯示陶瓷顆粒能提升電池電性能主要在于其能吸水阻斷LiPF6的水解循環(huán)，而不是同HF反應(yīng)，且各種陶瓷顆粒中MgO的效果zui為顯著。
    研究亮點(diǎn)
    為電池除水提供了新的思路！從除水效果和安全性看，將來(lái)隔膜表面涂覆MgO或許比Al2O3更具。
    不同陶瓷顆粒對(duì)NCM811/Gr電池性能的影響對(duì)比，灰色線為未經(jīng)陶瓷顆?；旌系碾娊庖?Gen2)
    先需要說(shuō)明的是，作者先是將base組電解液(EC:EMC=3:7，1.2 M LiPF6)同不同的陶瓷顆?；旌弦恢?，隨后離心分離得到上清液，再將上清液注入到NCM811/Gr電池進(jìn)行測(cè)試，以評(píng)估不同陶瓷顆粒對(duì)電池性能的影響。
    除了SiO2組電池的循環(huán)性大大降低外，其他組放電容量和容量保持率影響不大(ZnO和Al2O3)，部分組甚至有所提高(ZrO2、CeO2和MgO)。
    電池次充電dQ/dV曲線顯示ZnO組與base組曲線幾乎一致，而SiO2組較base組峰形大大延后，表明電解液經(jīng)SiO2混合后電池的SEI形成受到影響。
    電池循環(huán)過(guò)程比面積電阻對(duì)比
    為了厘清不同陶瓷顆粒對(duì)電池影響不同的原因，作者對(duì)不同電壓下電池的放電電阻進(jìn)行了分析。
    使用base組電解液的電池隨著循環(huán)周數(shù)的增加比面積電阻不斷增大，ZnO組和TiO2組比面積電阻變化趨勢(shì)同base組幾乎一致，Al2O3組比面積電阻隨著循環(huán)進(jìn)行呈加速增加趨勢(shì)，而ZrO2組、CeO2組、SiO2組和MgO組比面積電阻增加趨勢(shì)較base組都大大降低。 
    以上陶瓷顆粒中除了SiO2和MgO表現(xiàn)顯著不同外，其他陶瓷顆粒對(duì)電池比面積電阻和容量保持率幾乎沒(méi)有影響。從容量保持率上看，SiO2組較base組大大降低，而MgO則有所提高。
    不同陶瓷顆粒與電解液混合組含8300 ppm水放置一周后成分對(duì)比
    作者認(rèn)為陶瓷顆粒對(duì)電池性能的影響主要是吸附水而非同電解液中的HF反應(yīng)。為了驗(yàn)證該觀點(diǎn)，作者在不同陶瓷顆粒與電解液混合組中加入8300 ppm水放置一周，隨后對(duì)其成分進(jìn)行分析。
    SiO2組LiPF6的分解量zui大，而MgO組LiPF6的分解則是幾乎可忽略不計(jì)。眾所周知，MgO是性能優(yōu)異的干燥劑，因此有理由相信陶瓷顆粒尤其是MgO，其主要作用機(jī)制是捕獲電解液中的水、阻斷LiPF6水解循環(huán)的不斷進(jìn)行，而非同電解液中的HF作用。通常電解液的水含量低于20 ppm，電的水含量>100 ppm。
    該研究表明，為了有效降低電池中的水含量，可以考慮向電池中加入類(lèi)似MgO的干燥劑。作者估算對(duì)于扣電加入10 μg的MgO即可有效降低其水含量。








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