CN105762411A - 一种三元锂电池防过充安全性能的保障方法 - Google Patents
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Abstract
一种三元锂电池防过充安全性能的保障方法，涉及锂离子电池技术领域。其目的是提供一种保障三元锂电池过充安全性的方法。其技术要点是：选择1种或2种电解液防过充添加剂，根据添加剂的含量确定陶瓷隔膜的类型，从而保证三元锂电池在过充过程中不爆炸、不起火。该方法操作简便，能有效保障三元锂电池防过充安全性能，还能有效的保障电池电学性能的最大发挥，且便于三元锂电池的工业化生产。本发明对于三元锂电池，尤其是对动力锂电池自身的安全性提高具有重要的指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是一种三元锂电池防过充安全性能的保障方法。
背景技术
三元锂电池的安全性能是目前动力电池行业最关注的问题，电池安全性能的好坏与电池组的设计、滥用条件都有很大关系。由于电池在成组后，单体电池之间的容量随着时间的变化差异性会越来越大，从而导致充电过程中部分容量低的电池出现过充现象，如果BMS系统监测不力，极易引发安全事故。从三元动力锂电池安全测试结果来看，过充问题仍是目前亟待解决的难题。
三元锂电池在过充中的安全防护，从内部材料改性(正极表面包覆、功能性电解液添加剂)到外部结构件优化设计(防爆阀阈值、泄流装置、PTC热敏元件)都有可能发挥一定的保障作用。然而在真实的过充实验中，外在的防护措施仍然存在一定的风险，由正极材料本身引起的的热失控行为将加剧电解液的分解和隔膜的氧化，从而造成潜在的安全隐患。从材料的匹配性角度出发，选择与三元体系相适应的功能性电解液和陶瓷隔膜，在保障三元锂电池安全性能的同时，还能有效兼顾电性能的发挥，从而真正意义上提供一种三元锂电池防过充性能的保障方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种三元锂电池防过充安全性能的保障方法。
本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案实现：
一种三元锂电池防过充安全性能的保障方法，根据电解液中防过充添加剂的质量分数选择不同厚度的单面或双面陶瓷隔膜，当
防过充添加剂的质量分数a为0.5％≤a≤2.5％时，选择双面陶瓷隔膜，且双面陶瓷隔膜的陶瓷涂覆厚度dD为3<dD≤6μm；
防过充添加剂的质量分数a为2.5％<a≤3.5％时，选择双面陶瓷隔膜，且双面陶瓷隔膜的陶瓷涂覆厚度dD为0<dD≤6μm；
防过充添加剂的质量分数a为3.5％<a≤5.5％时，选择陶瓷涂覆厚度dS为2≤dS≤6μm的单面陶瓷隔膜，或者陶瓷涂覆厚度dD为0<dD≤6μm的双面陶瓷隔膜。
优选地，本发明所述的一种三元锂电池防过充安全性能的保障方法，当
防过充添加剂的质量分数a为2.5％<a≤3.5％时，选择双面陶瓷隔膜，且双面陶瓷隔膜的陶瓷涂覆厚度dD为0<dD≤3μm；
防过充添加剂的质量分数a为3.5％<a≤5.5％时，选择单面陶瓷隔膜，且单面陶瓷隔膜的陶瓷涂覆厚度dS为2≤dS≤6μm。
本发明所述的一种三元锂电池防过充安全性能的保障方法，所述防过充添加剂为氢化三联苯(H-TP)、氢化氧芴(H-DBF)、联苯(BP)、环己基苯(CHB)、苯类化合物中的一种或两种。
本发明的有益效果：通过本发明确定的电解液与隔膜选型不仅能有效保障三元锂电池的防过充安全性，还能有效的保障电池电学性能的最大发挥。
附图说明
图1为本发明实施例1中含2％H-TP条件下，双面陶瓷隔膜(dD＝6μm)制备的方形铝壳电池1C6.3V过充前(A)后(B)的照片；
图2为本发明对比例1中含2％H-TP条件下，单面陶瓷隔膜(dS＝6μm)(A)和双面陶瓷隔膜(dD＝3μm)(B)制备的方形铝壳电池1C6.3V过充后的照片；
图3为本发明实施例5与对比例5中含2％H-TP/H-DBF条件下，双面陶瓷隔膜(dD＝6μm)和单面陶瓷隔膜(dS＝6μm)制备的方形铝壳电池1C6.3V过充过程中电压随时间变化的曲线图；
图4为本发明实施例5与对比例5中含2％H-TP/H-DBF条件下，双面陶瓷隔膜(dD＝6μm)和单面陶瓷隔膜(dS＝6μm)制备的方形铝壳电池1C6.3V过充过程中温度随时间变化的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
将LiMn0.8Fe0.2PO4(LMFP)和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)正极材料按照LMFP/(LMFP+523)＝0.2～0.5的质量配比进行混合，该方形铝壳电池的容量为24Ah，且所选用陶瓷隔膜基膜的厚度均为20μm。按照GB/T31485-2015动力蓄电池进行1C6.3V过充测试，其实施例如下：
实施例1：
电解液添加剂为H-TP，含量为2％，选择双面dD＝6μm陶瓷隔膜的电池通过过充测试，电池不爆炸、不起火。如图1所示。
对比例1：
电解液添加剂为H-TP，含量为2％，双面dD＝3μm陶瓷隔膜的电池过充测试发生冒烟、臌胀明显；单面dS＝6μm陶瓷隔膜的电池过充测试发生爆炸、起火。如图2所示。
实施例2：
电解液添加剂为H-TP，含量为3％，选择双面dD＝3μm陶瓷隔膜电池通过过充测试，电池不爆炸、不起火。
对比例2：
电解液添加剂为H-TP，含量为3％，双面dD＝6μm陶瓷隔膜的电池通过过充测试，但电池容量比实施例2中电池内阻高0.13mΩ且容量低0.5Ah；单面dS＝6μm陶瓷隔膜的电池过充测试发生爆炸、起火。
实施例3：
电解液添加剂为H-TP，含量为4％，单面dS＝4μm陶瓷隔膜的电池通过过充测试，电池不爆炸、不起火。
对比例3：
电解液添加剂为H-TP，含量为4％，双面dD＝3μm、6μm陶瓷隔膜的电池过充虽然过充测试通过，但电池容量分别比实施例3中电池容量低1.4Ah和2Ah。
实施例4：
电解液添加剂为H-DBF，含量为2.5％，双面dD＝6μm陶瓷隔膜的电池正常通过过充测试，电池不冒烟、臌胀不明显。
对比例4：
电解液添加剂为H-DBF，含量为2.5％，双面dD＝3μm陶瓷隔膜和单面dS＝6μm陶瓷隔膜的电池发生冒烟和严重臌胀。
实施例5：
电解液添加剂为H-TP/H-DBF，含量为2％，双面dD＝6μm陶瓷隔膜的电池正常通过过充测试，电池不冒烟、臌胀不明显。如图3、4所示，电池在1C条件下过充达到30分钟时电压快速从4.64V升高到截止电压6.3V，且电池表面温度上升到到100℃并停止上升，随后电池温度缓慢下降并安全通过过充测试。
对比例5：
电解液添加剂为H-TP/H-DBF，含量为2％，双面dD＝3μm陶瓷隔膜的电池过充测试发生冒烟和严重臌胀；单面dS＝6μm陶瓷隔膜的电池发生爆炸、起火。如图3、4所示，电池在1C条件下过充达到43分钟附近时电压才从4.65V快速上升到截止电压6.3V，而此时电池表面温度已上升到到120℃，随后电池由于内部发生热失控导致电池最终爆炸、起火，过充安全测试不通过。
不同H-TP含量与隔膜类型下电池容量、内阻及1C6.3V过充的统计结果如表1所示。
表1不同H--TP含量与隔膜类型下电池容量、内阻及1C6.3V过充结果
由上述实施例及对比例可见，当防过充添加剂的质量分数a为0.5％≤a≤2.5％时，选择涂覆厚度dD为3<dD≤6μm的双面陶瓷隔膜；当防过充添加剂的质量分数a为2.5％<a≤3.5％时，选择涂覆厚度dD为0<dD≤6μm的双面陶瓷隔膜；当防过充添加剂的质量分数a为3.5％<a≤5.5％时，选择涂覆厚度dS为2≤dS≤6μm的单面陶瓷隔膜，或者涂覆厚度dD为0<dD≤6μm的双面陶瓷隔膜；可以有效保障三元锂电池的防过充安全性。
当防过充添加剂的质量分数a为2.5％<a≤3.5％时，选择涂覆厚度dD为0<dD≤3μm的双面陶瓷隔膜；当防过充添加剂的质量分数a为3.5％<a≤5.5％时，选择涂覆厚度dS为2≤dS≤6μm的单面陶瓷隔膜；不仅能有效保障三元锂电池的防过充安全性，还能有效的保障电池电学性能的最大发挥。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种三元锂电池防过充安全性能的保障方法，其特征在于：根据电解液中防过充添加剂的质量分数选择不同厚度的单面或双面陶瓷隔膜，当
防过充添加剂的质量分数a为0.5%≤a≤2.5%时，选择双面陶瓷隔膜，且双面陶瓷隔膜的陶瓷涂覆厚度dD为3<dD≤6μm；
防过充添加剂的质量分数a为2.5%<a≤3.5%时，选择双面陶瓷隔膜，且双面陶瓷隔膜的陶瓷涂覆厚度dD为0<dD≤6μm；
防过充添加剂的质量分数a为3.5%<a≤5.5%时，选择陶瓷涂覆厚度dS为2≤dS≤6μm的单面陶瓷隔膜，或者陶瓷涂覆厚度dD为0<dD≤6μm的双面陶瓷隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种三元锂电池防过充安全性能的保障方法，其特征在于：当
防过充添加剂的质量分数a为2.5%<a≤3.5%时，选择双面陶瓷隔膜，且双面陶瓷隔膜的陶瓷涂覆厚度dD为0<dD≤3μm；
防过充添加剂的质量分数a为3.5%<a≤5.5%时，选择单面陶瓷隔膜，且单面陶瓷隔膜的陶瓷涂覆厚度dS为2≤dS≤6μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种三元锂电池防过充安全性能的保障方法，其特征在于：所述防过充添加剂为氢化三联苯、氢化氧芴、联苯、环己基苯、苯类化合物中的一种或两种。
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