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yexuqing

木虫之王 (文学泰斗)

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[交流] 【转帖】锂电池机能性添加剂研究已有7人参与

鋰電池機能性添加劑研究 2011/2/22 [ [url=

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液態電解質一直為人�?病的是其安全性問題，即使其導電度與電池特性均優於膠態電解質，因此要改善安全性問題須先?碾娊庖旱碾娀瘜W穩定性著手。一般電解液多為兩成分、三成分，甚至到四成分的碳酸酯�?有機溶劑，其分解電位大約為5~5.4 V，容易因電池過充電而分解，或未?戆l展出高電位的正極材料（如二元材料LiNi[sub]X[/sub]V[sub]1-X[/sub]O[sub]4[/sub] ~4.8V 、LiNi[sub]X[/sub]Mn[sub]1-X[/sub]O[sub]4[/sub] ~4.7V），電解液已不敷使用，本研究突破點在於用少量添加劑，將電解液分解電位提升至6 V，?K且同時降低不可逆電容量。
穩定的SEI膜添加劑
1. SEI膜形成機制
圖二中的RA為陰離子自由基(Radical Anion)，兩種反應機制是互相競爭存在，當進行機制I時，溶劑還原成Li[sub]2[/sub]CO[sub]3[/sub]具有較多孔隙且不穩定；而機制II反應則較為緻密且穩定，不溶於電解液中。兩者反應機制受到石墨表面形態及活性物質催化所影響，例如石墨表面進行氧化作用表面改質，使SEI膜容易形成，避免產生氣體。 SEI膜形成反應如上所述之兩者相互競爭，另外SEI膜形成又可分成二步驟進行，第一步驟為Li[sup]+[/sup]嵌入石墨之前，形成較為鬆散不緻密且不穩定的SEI膜，第二步驟與Li[sup]+[/sup]嵌入同時進行，將先前形成單一的RCO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]藉由Li[sup]+[/sup]嵌入形成網狀結構，如圖三所示，即完成一穩定 SEI膜。

圖二、以EC為例，在電解液系統與Li[sup]+[/sup]、e[sup]-作用分解形成SEI膜機構

2. SEI膜穩定劑
SEI膜形成過程中會產生許多孔隙，尤其電解液中含有PC成分更容易造成SEI膜不穩定，一般SEI膜穩定劑還原電位較電解液溶劑高，會預先還原形成固態薄膜而附著在石墨負極上，且不易溶於電解液中，可以除去石墨表面活性，避免因石墨催化作用而產生氣體。另一功能可以穩定SEI膜形成一網狀聚合物。此�?型添加劑一般都具有一個以上的乙烯官能基，如圖四所示，常見的有VC等。
安全性添加劑
1. 阻燃型添加劑
鋰電池電動車運輸工具一直有安全性問題，主要是因為液態電解液具有高的燃燒性，許多學者針對此問題提出許多解決方案，要達到阻燃型添加劑需具備以下兩種機制：(1)能夠在燃燒過程中形成一物理絕緣層，阻隔空氣與材料繼續燃燒；(2)具有捕捉自由基能力，避免因燃燒產生自由基進行鏈鎖反應。以上兩種反應機構是共存在的，常見的有效添加劑是帶有鹵素及含磷的官能基。
3. 電化學穩定性測試
在特定電解液組成下添加不同添加劑，利用線性伏安掃描法(2~6 V)了解添加劑之電化學穩定性，工研院在此開發出一新穎無機添加劑(ITRI)，可有效提升電解液在高壓下的穩定性，由圖九可知，添加VC會使電解液分解電位由原先無添加劑的5.5 V下降到5.1 V，反觀添加ITRI可提升電解液分解電壓?�5.5 V到5.9 V。因此添加無機ITRI可以有效抑制電解液在高電位下分解。

圖九、不同添加劑之電化學穩定性測試(Linear Scan Voltage; LSV)

4. 不可逆電性測試
在MCMB/Li 鈕扣型電池系統中，先以0.05C充電至5 mV，再以0.05C放電至2V，比較不同添加劑之不可逆電容量差�?，如圖十所示，無添加劑電解液之不可逆電容量為27 mAh/g，添加VC後，電容量降為26 mAh/g，添加ITRI，不可逆電容量為22 mAh/g。由此可知，添加ITRI可以有效降低不可逆達18.5%，主要是ITRI具有穩定SEI膜，且帶有電荷能促進鋰鹽解離，降低電池內部阻抗，進而降低不可逆電容量…以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文
作者：葉定儒、�?金銘、廖世傑/工研院材化所
★本文�?錄自「工業材料雜誌290期」，更多資料請見：http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9139

[ Last edited by justinzhao on 2011-2-23 at 22:36 ]

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