聚乙烯蜡的制备与改性及其在锂离子电池正极中的应用

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuhuanqw
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内部短路是引起锂离子电池起火乃至爆炸的主要原因。本论文利用聚乙烯蜡电阻率高、受热熔化的特点,将其作为安全性材料加入到锂离子电池的电极材料中。当锂离子电池温度升高到100 oC以上时,聚乙烯蜡能够熔化并覆盖在电极材料表面,抑制锂离子与电极材料的反应,使电池阻抗增加,容量衰减,导致电化学性能变差,因而提高了锂离子电池在高温下的安全性能。本论文的研究内容主要分为以下三个部分:(1)首先通过溶剂挥发法制备了不同粒径的聚乙烯蜡颗粒。通过粒径分析发现,当乳化转速为2000 r/min时,得到的聚乙烯蜡粒径在18μm左右;当乳化转速为4000r/min时,得到的聚乙烯蜡粒径在6μm左右。将6μm聚乙烯蜡作为安全性添加剂加入到LiFePO4电极中,当聚乙烯蜡的含量为5 wt%时,LiFePO4电池的放电比容量下降到94 mAh/g;当含量为10 wt%时,LiFePO4电池的放电比容量仅为59.8 mAh/g。这是由于聚乙烯蜡的电阻率较高,使LiFePO4电池的放电比容量严重衰减。(2)聚乙烯蜡加入电极,对电池的电化学性能影响较大,于是将聚乙烯蜡浆料涂覆在电极材料表面,制备了0.29 mg/cm2和0.92 mg/cm2两个不同面密度的聚乙烯蜡涂层。通过SEM对比发现,当面密度为0.92 mg/cm2时,在电极表面形成了约5μm的热响应涂层,且聚乙烯蜡受热熔化后,在电极表面形成了致密的热关闭层。通过电化学性能测试发现,当聚乙烯蜡面密度为0.92 mg/cm2时,LiFePO4电池在0.5 C下首次放电比容量为134.9 mAh/g,极片经120 oC加热后,首次放电比容量衰减为35.3mAh/g,经过16次循环,比容量快速衰减到10 mAh/g,此后的循环过程中,比容量接近于0,电化学性能变差,因而提高了锂离子电池在高温下的安全性能。(3)由于聚乙烯蜡的导电性差,对其表面导电化处理,得到一种常温下为良导体的PTC复合材料。通过电导率测试可知,聚乙烯蜡在常温下的电导率小于1×10-16S/m,复合材料的电导率提高到1.08×10-3S/m。通过差示扫描量热测试和热失重测试可知,在60120 oC之间,复合材料仍能熔化且不会热分解。随后,在LiFePO4电极材料中添加了不同比例的复合材料。通过电化学性能测试发现,当复合材料的添加量为15 wt%时,LiFePO4电池在0.5 C下首次放电比容量为123.1 mAh/g,极片经120 oC加热后,首次放电比容量衰减为35.3 mAh/g,且循环过程中放电比容量衰减较快,在第12次循环后,比容量衰减接近于0,电化学性能变差,因而提高了锂离子电池在高温下的安全性能。
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