高安全性储能电池技术的需要,电池材料是关键、
重点内容导读
1.安全问题原因剖析
锂离子电池多次发生燃烧安全事故,从外部原因分析,过充、过放、电池短路、热冲击、针刺等会导致锂离子电池安全问题。从内部原因分析,造成液态锂离子电池安全问题的主要有如下几点:
① 负极析锂。
② 正极材料释氧及结构破坏。
③ 电解液分解和反应。
④ 隔膜均匀性差及收缩破裂。
⑤ 高温失效。
因此,满足高能量密度、高安全性储能电池技术的需要,开发理论上不易燃烧的固体电解质,进而发展出去替代传统易燃、易爆的有机电解液的固态锂电池,十分必要和迫切。
2、固态锂电池关键材料及性能测试
2.1 固体电解质
无机固体氧化物电解质相比较液体电解质具有十分优异的安全性,其在火烧、水洗及外力挤压条件下均能保持良好的稳定性和强度,不起火,不燃烧,如图1所示。
1 无机固体氧化物电解质火烧(a)、水洗(b)和外力挤压(c)安全性测试
研制的氧化物柔性电解质膜,与传统PE隔膜、涂覆陶瓷PE隔膜及PET无纺布基膜相比,具有明显的抗热收缩性能和耐高温性。
2 无机固体氧化物柔性电解质膜与传统隔膜不同高温下(a)MD方向和(b)TD方向收缩性对比曲线
3 无机固体氧化物柔性电解质膜180℃高温收缩性对比测试
(a)湿法PE隔膜(b)湿法PE陶瓷涂覆膜(c)氧化物柔性电解质膜(d)PET无纺布基膜
中科院宁波材料所前期对硫化物电解质通过Zn,O双掺杂的工艺手段,可以显著提供其空气中稳定性,如图4(a)所示,且高温安全性好,电解质LGPS材料经过600 oC高温,仍具备电解质原来的晶体结构,4(b)。
4 硫化物电解质(a)空气中稳定性测试和(b)耐高温安全性测试