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      錳系正極材料電解液添加劑分析

      2020-01-15 01:25:38竇加俊邢彤天津金牛電源材料有限責(zé)任公司天津300400
      化工管理 2020年36期
      關(guān)鍵詞:電解液添加劑電池

      竇加俊 邢彤(天津金牛電源材料有限責(zé)任公司,天津 300400)

      0 引言

      錳系正極材料的電解液添加劑使用中,其可以在整個電池的工作中,可以更好地支持電池內(nèi)的電荷傳遞,同時對于添加劑來說,其本身也存在一些特定的作用作用和理化指標(biāo),要根據(jù)電池的運(yùn)行方法和運(yùn)行需求科學(xué)選擇電解液添加劑。之后才可以根據(jù)這類信息的處理方法,從而讓目前的新型處理結(jié)構(gòu)與協(xié)調(diào)方法進(jìn)行選擇。

      1 錳系正極材料電解液添加劑材料

      1.1 LMO的電解液添加劑

      LMO本身呈現(xiàn)立方體尖晶石結(jié)構(gòu),在熱穩(wěn)定性、理論容量、倍率性能以及單位售價等方面,都具有良好的性能與條件,可以說在目前的電池行業(yè)運(yùn)行和發(fā)展中,LMO已經(jīng)成為大量電池生產(chǎn)廠家廣泛選用的資源,構(gòu)成了當(dāng)前的最主要動力材料。在LMO材料的使用中,發(fā)現(xiàn)需要在當(dāng)前的整個系統(tǒng)建設(shè)與完善過程中,可以發(fā)現(xiàn)在電解液的氧化分解過程中,會出現(xiàn)酸引發(fā)下的錳離子溶解問題,在該問題出現(xiàn)之后,會導(dǎo)致該材料在后續(xù)的信息處理與完善過程中,會在很大程度上呈現(xiàn)高溫性能變差的特點(diǎn)。

      在當(dāng)前的信息處理和整個系統(tǒng)的升級與優(yōu)化過程,已經(jīng)構(gòu)成了多種專業(yè)化的科學(xué)管控制度,但是從整體上來看,大部分材料雖然可以在很大程度上提高電池的本身運(yùn)行性能,然而在后續(xù)的相關(guān)信息協(xié)調(diào)和工作中,很可能導(dǎo)致在當(dāng)前的工作中,整個系統(tǒng)內(nèi)部的綜合管理水平不足。比如使用的電解液添加劑為N-甲基吡咯烷鎓-醋酸雙酰亞胺,在加入了該項材料之后,可以在實際的信息處理和使用過程,可以充分提高該系統(tǒng)的工作方法與處理成效,讓電池的運(yùn)行質(zhì)量抬升。

      1.2 LNMO的電解液添加劑

      錳系正極材料的電解液添加劑中,考慮到在當(dāng)前的材料制作中也會制作出LNMO正極材料,這類材料的使用過程具有更高的電壓,可以達(dá)到4.78V,并且這類材料在能量密度、理論比容量、環(huán)境友好性方面,都具有良好的性能。在具體的電解液添加劑材料使用中,要根據(jù)這類正極材料的本身質(zhì)量和操作方案,充分提高該系統(tǒng)的工作質(zhì)量。其中LNMO在充放電的過程中,會出現(xiàn)陽離子混排問題,其中在電解液的高電壓環(huán)境下,會讓正極逐漸出現(xiàn)分解問題,使得電池的運(yùn)行壽命大幅縮短,此時會導(dǎo)致電化學(xué)性能大幅變差。此外在電解液添加劑的應(yīng)用中,也要通過在其中加入經(jīng)過熱處理的導(dǎo)電添加劑,此時可以讓正極表面的相關(guān)設(shè)施得到處理,同時也可以在其中增添含硼添加劑,這類添加劑在使用過程中,會被整個電池的內(nèi)環(huán)境內(nèi)優(yōu)先氧化,并且可以在正極材料的表面結(jié)構(gòu)上形成含篷膜,可以抑制電解液的分解,此時減少大阻抗無極電解液產(chǎn)物的生成,最終讓錳系正極材料的被保護(hù)性能提高。

      1.3 錳系三元正極材料電解液添加劑

      1.3.1 LNCM電解液添加劑

      錳系正極材料的使用中,其中含有錳系三元正極類型的材料,在這類材料的具體應(yīng)用中,LNCM的材料的具體應(yīng)用過程中,可以通過對于所有這些信息的處理和協(xié)調(diào),讓得到的電池材料性能提高。在當(dāng)前開發(fā)出的相關(guān)材料中,可以使用的相關(guān)材料包括三甲基硼酯材料為電解液的添加劑,之后分析在這類材料的具體使用過程中,可以實現(xiàn)對于該項材料的科學(xué)處理,并且在得到了所有這類關(guān)鍵性的信息之后,則可以充分提高整個電池系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量,從而使得該系統(tǒng)的專業(yè)性運(yùn)行質(zhì)量與工作水平可以得到全方位的升級。

      1.3.2 NCM電解液添加劑

      從電池材料的特性上來看,會受電解液的嚴(yán)重影響,導(dǎo)致電極材料被腐蝕,降低了電池的壽命。在電解液添加劑的使用過程,已經(jīng)開發(fā)出了多種材料,其中三乙烯基磷酸酯作為添加劑時,可以提高電池的整體運(yùn)行壽命和運(yùn)行質(zhì)量,另外在初始充電條件下,該材料可以在正極材料表面上發(fā)生氧化還原反應(yīng),同時氧化分解的參數(shù)比基準(zhǔn)電解質(zhì)參數(shù)更低。在電池的抗阻和后續(xù)分析中,可在正極材料表面可形成防護(hù)層,可防止在電解液的其他組分中出現(xiàn)不可控的氧化分解反應(yīng)。因此從表面的形成結(jié)構(gòu)上來看,添加劑可在很大程度上形成針對整個系統(tǒng)的有效保護(hù)作用,讓該系統(tǒng)的運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量升極。

      1.3.3 碳酸二苯酯電解液添加劑

      碳酸二苯酯在一些錳系正極電池中,通過對該材料的使用,加入了電解液添加劑后,在較高精度的庫侖法、電池演變測量以及CEI等多參數(shù)的分析過程,發(fā)現(xiàn)加入了該材料后,電池的充電能量的提高速率和存儲過程中的放電速率都發(fā)生了下滑,因此可以說該材料可以實現(xiàn)對電池充放電性能的有效保護(hù)。此外從充放電結(jié)果上來看,無論是在充電過程還是放電過程,由于電池的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行效率處于更加順滑狀態(tài),因此可認(rèn)為這類材料在充放電過程中所產(chǎn)生的沖擊程度下降,通過對這類信息的后續(xù)調(diào)整和規(guī)范,可認(rèn)為當(dāng)前所取得的結(jié)果具有更高的安全性。

      1.3.4 環(huán)氧甘露醇電解液添加劑

      在該材料的使用中,通常情況下會在一定的溫度環(huán)境下對其進(jìn)行反復(fù)式的循環(huán)處理,并且可以將一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)參數(shù)添加劑投入到原有的電解液內(nèi),從而在整個電池的正極上生成具有超薄性、均勻性分布性以及運(yùn)行可靠性等多種性能的保護(hù)膜,因此可以說在具體的建設(shè)階段,可以充分形成針對整個系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、工作效率和信息處理性能的全面升極,從而以整個系統(tǒng)在后續(xù)的運(yùn)行階段為依托,與當(dāng)前已經(jīng)建立的電池系統(tǒng)升級。

      2 錳系正極材料電解液添加劑材料效果

      2.1 LMO電解液添加劑影響

      對于LMO專用的電解液添加劑運(yùn)行過程分析可以發(fā)現(xiàn),如果未能采用本文上文中提及的電解液添加劑,則在后續(xù)的信息處理過程和使用過程,可以實現(xiàn)對這類信息的充分協(xié)調(diào)與整合,即當(dāng)前所建立的專業(yè)化管理工作機(jī)制和管理工作預(yù)案必須要能夠經(jīng)過科學(xué)處理,才可讓所取得的處理結(jié)果本身可滿足正極的穩(wěn)定運(yùn)行要求。此外在后續(xù)的信息處理和規(guī)劃過程,發(fā)現(xiàn)在使用了新型材料后,材料后續(xù)管理和操作方案都需要得到全面檢驗,經(jīng)過了有效的調(diào)整和分析后,才可認(rèn)為當(dāng)前能夠取得的所有專業(yè)化信息處理結(jié)果和信息的處理規(guī)劃方案可以順應(yīng)該系統(tǒng)的運(yùn)行要求,此時可以認(rèn)為,該電解液添加劑可以符合錳系正極材料電解液的運(yùn)用目的。

      2.2 LNMO電解液添加劑影響

      LNMO的電極材料電解液添加劑使用中,本文探討了經(jīng)過熱處理之后的炭黑導(dǎo)電添加劑性能,并且使用XPS研究表面的相關(guān)材料特征,以及在石墨化過程中所產(chǎn)生的變化,從最終取得的效果上可以發(fā)現(xiàn),在電池的后續(xù)應(yīng)用階段,由于材料本身具有良好的導(dǎo)電性能,因此在運(yùn)行過程可以獲得更長的循環(huán)壽命。在材料的使用中,可以在整個正極材料的表面上形成更少的官能團(tuán),最終可以有效削弱整個正極材料表面上的副反應(yīng)強(qiáng)度,從而讓電池的循環(huán)穩(wěn)定性提升。此外在電池的高電壓情況下,也可以在其中加入含有硼材料的添加劑,在具體的作用原理上,上文中已經(jīng)提及,此處不再贅述。從取得的結(jié)果上來看,加入了這類添加劑之后,整個系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、工作可靠性和運(yùn)行壽命都得到了全面徹底的升極,最終讓整個系統(tǒng)可以處于更為高效、安全的運(yùn)行狀態(tài)。

      2.3 錳系三元正極材料電解液添加劑影響

      2.3.1 LNCM電解液添加劑影響

      對于LNCM正極材料來說,在整個系統(tǒng)的建設(shè)階段,需要在其中加入相關(guān)的材料作為電解液添加劑,從而分析該添加劑對于整體性能參數(shù)的影響。在當(dāng)前的研究結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn),如果使用了這一材料作為電解液添加劑之后,則整個系統(tǒng)的影響參數(shù)穩(wěn)定性提高明顯,其中電解液中如果該材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%,那么在0.5V和3.0V電壓下,整個電池可以循環(huán)運(yùn)行200次,同時在該過程中容量的保持率保持為89%,因此可以認(rèn)為,電化學(xué)的相關(guān)參數(shù)并未發(fā)生容量方面的根本性變化,可以符合系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行要求。

      2.3.2 NCM電解液添加劑影響

      針對NCM膜材料的添加劑在使用過程,其中加入0.25%的環(huán)氧甘露醇后,在高壓循環(huán)環(huán)境下進(jìn)行了50次的循環(huán),則可以發(fā)現(xiàn)整個電池的相關(guān)參數(shù)和性能的穩(wěn)定性高于基礎(chǔ)性的電解液,電池的整體電能容量保持率達(dá)到了96.9%,基準(zhǔn)電壓保持率為73.1%。因此可以認(rèn)為,該電解液添加劑具有良好的電池性能保障效果。此外在4.8V電壓下,這類外加劑也可以有效抑制電池的自放電系數(shù),并且在信息的循環(huán)處理過程,由于加入的材料可以優(yōu)先氧化并形成碳酸酯溶劑,因此可以在正極的表面形成薄且有保護(hù)性的正極饃。

      2.3.3 碳酸二苯酯電解液添加劑影響

      在加入了磷酸二苯酯材料之后,可以實現(xiàn)對整個正極材料的性能影響,通過使用專業(yè)的測量方法發(fā)現(xiàn),加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的磷酸二苯酯之后,則電池的充放電電能容量參數(shù)明顯變化,雖然整體上具有一定的緩解效果,其中加入了質(zhì)量參數(shù)為24.3%時,在4.3V電壓下,電池的極化參數(shù)與阻抗半圓的直徑都處于急劇增加狀態(tài),讓正極材料表面的厚度處于增加狀態(tài),此時電池的容量逐漸衰減,但是整體上瞬間速度緩慢,處于可以接受狀態(tài)。

      2.3.4 環(huán)氧甘露醇電解液添加劑影響

      環(huán)氧甘露醇材料加入之后,如果外加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%,那么就可以在正極上形成超薄且均勻分布的保護(hù)膜,從而提高了正極材料的熱穩(wěn)定性能,防范了容量損失和內(nèi)部阻抗的增長,如果加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%的情況下,那么在60℃的高溫下,電池循環(huán)的熱性能也得到了大幅度的改善,初始容量保留率為98.9%,而膜的厚度增加17.9%,對于整個系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)情況影響不大。

      3 結(jié)語

      綜上所述,錳系正極材料電解液添加劑的使用過程,主要是依托于該正極材料的本身特性以及相關(guān)外加劑材料的理化特性對其進(jìn)行投放。從當(dāng)前取得的研究成果上來看,可以加入的材料包括碳酸二苯酯、環(huán)氧甘露醇等,這類物質(zhì)使用之后,都可以在正極材料上形成一層保護(hù)膜,防范了正極材料的過度消耗,并且可以提高熱穩(wěn)定性。

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