锂离子电池的热效应及其安全性能的研究

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锂离子电池作为新型的高能化学电源，在它向着解决人类环境污染和能源危机的前进过程中，遇到了最为巨大的挑战——安全问题。在高温或高效率充放电等条件下，电池体系的热效应会引起电池内部的热积累，极易导致热失控甚至是电池的燃烧和爆炸。虽然小容量锂电池已被广泛应用于便携式电器中，但是在发展成为潜在应用于动力工业(EV，HEV)和航天航空业(卫星)的大容量锂电堆体系过程中，安全问题引起了足够重视，急需进一步解决。在本论文中，有关锂离子电池的热效应及其安全性能的研究被逐步展开：从研究锂离子电池(全电池及其单电极)在正常运行过程中产生的反应热效应；进而深入到电池在非正常运行后可能导致最终爆炸的燃烧热效应；由此找到安全问题的症结并探求提高锂离子电池安全性能的有效途径(功能性添加剂的研究)。
一．锂离子电池(全电池及其单电极)在正常运行过程中产生的反应热效应
1．1．锂离子全电池的热效应
本工作主要研究了锂离子全电池及其正、负极分别与参比锂电极组成电池的热效应。这部分工作是分别采用平衡电位法和电化学．量热法平行研究的。
a)用平衡电位法系统地研究了处于完全充满状念下的锂离子全电池Li、C6／IMLiPF6／Lil。C002，及Li／IM LiPF6／LiI．xC002，Li／1M LiPF6／Li。C6电池反应的热力学参数：吉布斯自由能变化AG，熵变AS，Peltier热qr(可逆热效应)和焓交AH。这是通过精确测定以上研究电洼在充满状态下的平衡电位E。和熵系数dE。棚T而实现的。研究发现，对于一个处于完全充满状态下的锂离子全电池“。c6／IM LiPF6／Li,．。C002，它在可逆放电过程中的总反应Lil．。C002+Li。C6一LiC002+6C呈现了放热效应，其熵变△S为_29．78 J K．‘tool一，Peltier热qr为8．874KJmol一。在和不可逆热效应的比较过程中发现，其可逆热效应是不能被忽略的。
b)采用电化学一量热法分别现场测量了锂离子全电池LixC6／IM LiPF6／Lil．xC002及其正负极半电池Li／IM LiPF6／Lil．xC002，Li／IM LiPF6／Li。C6在放电过程中产生的反应的总热效应。结果显示，用平衡电位法和电化学．量热法所测得的锂离子电池反应焓变AH在数值上非常接近。由此证明了上述两种方法的可行性。
1．2．锂离子电池正负单电极的热效应