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商用方形锂电中游离电解质的含量分析

来源:能源学人 作者:葡京注册资讯网 人气: 发布时间:2019-06-29
摘要:商用方形锂电中游离电解质的含量分析,一、作者的研究结果1)本文作者采用非常简便的方法,对几种商业葡京注册电子汽车中使用的新出厂和老化后的商业方形锂离子葡京注册中游离态液体电解质的含量进行测定。作者并...,国际新能源网

一、作者的研究结果

1)本文作者采用非常简便的方法,对几种商业葡京注册电子汽车中使用的新出厂和老化后的商业方形锂离子葡京注册中游离态液体电解质的含量进行测定。作者并没有告诉葡京注册的具体厂家,但作者通过研究认为传统知名度较高的葡京注册企业,其生产的葡京注册中游离态液体电解质更少,而新企业普遍对电解液的量控制不好。

2)知名葡京注册制造商新出厂的葡京注册中,有些许游离态电解质,其最大平均含量可达18克(15至20毫升),但是这些葡京注册中游离态液体电解质的量是可重复的,这表明厂家在制造过程中有意添加了过量的电解质。与之相比,一些技术不太成熟的厂家,其葡京注册中游离态液体电解质的量甚至可达36克(约35毫升),而且每次实验重复的结果差异很大。

二、有机电解质对各方面的影响

众所周知,当前商业锂离子葡京注册的液态电解质是易燃、有毒和/或腐蚀性的,随着锂离子葡京注册着火事件的报导越来越多,公众逐渐意识到电解液的易燃性对生命和环境带来的危害。因此,以更安全的方法对锂离子葡京注册进行操作、储存、运输、处理和回收,得到了大量的研究和关注。在航空航天和军事领域,关于液态电解质与人接触或者分解产生的毒性,已经被量化研究。据报导(J. Electrochem. Soc., 163, A821 (2016)。),在室温下,即便电解质有一丝泄露,都会形成潜在的有毒气体。对于某些有毒和高挥发的电解质成分,例如1,2-二甲氧基乙烷(DME)、2-甲基-四氢呋喃(2-Me-THF)、1,3-二氧戊环(1,3-DL)和碳酸二乙酯(DEC)等,在室温下仅仅泄露15mL,足以以形成潜在的有害气体。

锂离子葡京注册通常含有大量电解质,其含量高达约16 wt%,不同性能和化学性质的葡京注册,其电解液的具体含量也不同,取决于葡京注册的化学性质。在葡京注册正常工作时,大部分电解质保持在负极、正极和隔膜的孔中,仅仅有一小部分电解质未被吸收,在葡京注册内形成游离态电解质。当葡京注册外壳的完整性受到破坏时,这一小部分的液态电解质会释放出来,进而造成葡京注册安全系数降低。虽然在报道中,都表示大尺寸的锂离子葡京注册中的确有一些游离态液体电解质,但是据我们所知,还没有人能够将这些游离液体电解质进行定量分析。在先前的研究中,作者表明,在大型的方形锂离子葡京注册(额定容量为40 Ah)中,大约含有约19-30 g(约20 ml-30 ml)的游离液体电解质,在某些情况下,其量甚至可以达到约70 g(50 ml)。在本文中,欧盟科学家NataliaP. Lebede等人详细研究了液态电解质在商业方形葡京注册中的含量,并且对商用方形锂离子葡京注册中的游离液体电解质量进行更系统的研究,以进一步帮助量化锂离子葡京注册中与电解质泄漏相关的风险。

三、具体研究过程

3.1 方形葡京注册选取

商用方形锂电中游离电解质的含量分析

表1:本文采用的不同葡京注册型号和参数。

商用方形锂电中游离电解质的含量分析

在本文中,作者采用了来自6个不同生产商、具有不同正极化学性质的市售方形锂离子葡京注册,其中包括带金属或塑料外壳的方形葡京注册和额定容量为38至63 Ah的软包葡京注册(见表一,上图)。上图中,a)为1号型葡京注册,b)为2号型葡京注册, c)为3号型葡京注册, d)为4号型葡京注册, e)为5号型葡京注册, f)为6号型葡京注册, g)为7号型葡京注册,h)为老化后的3号型葡京注册。通过表1可以看出,1号型和2号型葡京注册是从供应商处直接采购而来,而3、4、5和6四种类型的葡京注册是从市面上可买到的PHEV和BEV新葡京注册组中提取出来的(以上都是新葡京注册,即没有多次工作过的葡京注册)。这些葡京注册组已经上市多年,其中3、4和6号型葡京注册,均作为欧洲最畅销的10款葡京注册电子汽车车型的动力来源。这些葡京注册来自不同的厂家,有新葡京注册公司,也有成立比较久的公司。也许出于隐私考虑,作者在文中并未明确指出这些都是哪家的葡京注册。

除了购买新葡京注册外,作者还从荷兰一家私营系列生产的PHEV公司里,购买了多次循环后的葡京注册(以下称为老葡京注册),并进行了调查。下图为葡京注册包的所在位置,其中a)为3号型葡京注册循环后的PHEV葡京注册组照片,作者整理了各个模块,并保留了制造商采用的原始模块编号;b)为PHEV葡京注册组的示意图,以及老葡京注册的原始位置,以紫色突出显示。根据葡京注册管理系统(BMS)得出的数据,本文研究的葡京注册在运行过程中都经历了相似的温度变化,剩余容量约为30 Ah。

商用方形锂电中游离电解质的含量分析

3.2 实验流程

商用方形锂电中游离电解质的含量分析

上图为本文的实验流程图,先采用恒流放电,将所有的葡京注册首先放电至制造商规定的最低工作电压,然后,利用X射线成像技术对方形葡京注册进行表征,以确定葡京注册内部各种组件(电极、集流体、排气孔等)的位置和尺寸,从而得到钻孔的最佳位置,并估算出套管壁的厚度。

商用方形锂电中游离电解质的含量分析

作者采用钻孔机和直径为3mm的铣刀在氩气手套箱中,将带有金属或塑料外壳的葡京注册钻开。通常,如上图a和b所示,在葡京注册底部的一侧钻2个孔,然后通过其中一个孔将葡京注册中的游离液体电解质倒入量瓶中,并使用精度为0.01 g的分析天平测量其重量,再利用烧瓶上的刻度(刻度为5 ml)来估计电解质的体积。其中图a)为3号型葡京注册,b)为2号型葡京注册, c)为5号型葡京注册, d)为6号型葡京注册。

商用方形锂电中游离电解质的含量分析

大多数的葡京注册都是通过在葡京注册一侧钻许多孔完全打开,或者采用剪钳将孔间材料折断(见上图)。将完全打开的葡京注册中存在的任何游离电解质都倒入烧瓶中,并测量其重量和体积。其中a)为3号型葡京注册, b)为1号型葡京注册, c)为5号型葡京注册, d)为4号型葡京注册。

商用方形锂电中游离电解质的含量分析

上图为电解液的收集方法,首先,从葡京注册的一个角打开,然后将其倒入试剂瓶中。

3.3 游离电解质含量测试结果分析

表2 不同锂离子葡京注册中游离态液体电解质量的测试结果

商用方形锂电中游离电解质的含量分析

责任编辑:葡京注册资讯网