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陶瓷顆?？梢蕴嵘姵匦阅?真的是因為和HF反應(yīng)嗎?
發(fā)布時間：2019-09-09 閱讀：1396次
    鋰離子電池的生產(chǎn)無論是對原材料還是環(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，隔膜一般會進行單面或雙面陶瓷顆粒涂覆以提高隔膜抗熱收縮、穿刺強度等性能。
    以往的觀點多認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
    為電池除水提供了新的思路！從除水效果和安全性看，將來隔膜表面涂覆MgO或許比Al2O3更具。
    不同陶瓷顆粒對NCM811/Gr電池性能的影響對比，灰色線為未經(jīng)陶瓷顆?；旌系碾娊庖?Gen2)
    先需要說明的是，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?；旌弦恢埽S后離心分離得到上清液，再將上清液注入到NCM811/Gr電池進行測試，以評估不同陶瓷顆粒對電池性能的影響。
    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)過程比面積電阻對比
    為了厘清不同陶瓷顆粒對電池影響不同的原因，作者對不同電壓下電池的放電電阻進行了分析。
    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同base組幾乎一致，Al2O3組比面積電阻隨著循環(huán)進行呈加速增加趨勢，而ZrO2組、CeO2組、SiO2組和MgO組比面積電阻增加趨勢較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，其他陶瓷顆粒對電池比面積電阻和容量保持率幾乎沒有影響。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比
    作者認為陶瓷顆粒對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)。為了驗證該觀點，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，隨后對其成分進行分析。
    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。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，其主要作用機制是捕獲電解液中的水、阻斷LiPF6水解循環(huán)的不斷進行，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似MgO的干燥劑。作者估算對于扣電加入10 μg的MgO即可有效降低其水含量。








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