通过陶瓷和固态电解质共涂覆隔膜来提高HED LIB的安全性

他们于 2024 年 3 月 20 日在《能源材料进展》上发表了他们的研究成果。

论文作者、国家动力电池创新中心总经理、中国汽车电池研究院有限公司总经理、有色金属研究总院教授王建涛表示：“TR 对 HED 锂离子电池构成了严重的安全隐患。” 。 “这阻碍了 HED LIB 在电动汽车中的广泛应用。”

Wang解释说，TR可能发生在LIB的各种机械滥用、电滥用和热滥用场景中，并且涉及复杂的电池失效过程，包括由于隔膜故障、活性材料之间的热化学反应以及有机液体电解质燃烧而导致的ISC。

“这些过程在不同的温度阈值下开始，可能连续或同时发生，导致不同的电池安全失效途径，”王说。 “阴极相变释放的氧气与有机液体电解质或阳极反应产生大量热量，这通常是LIB发生TR的直接原因。然而，这种热化学反应通常发生在160 o C以上，导致燃烧有机液体电解质。”

在此之前，基于聚烯烃(PE)的隔膜具有约135 ℃的低熔点，可能会因锂离子电池的超压和过热而收缩、软化甚至熔化。导致电池ISC并快速释放电能，最终引发LIB的失效。 Wang表示，研究人员一直在积极探索改性策略来开发功能性隔膜，以提高LIB在热滥用期间的安全性

无机陶瓷，例如Al 2 O 3、SiO 2、ZrO 2和TiO 2，​​已被广泛用作涂层材料以增强隔膜的热变形。王说，虽然有助于防止隔膜在高温下热变形，但它们也会阻碍锂离子在锂离子电池中的传输并损害电化学性能。

“最近，氧化物固态电解质材料，例如Li 0.5 La 0.5 TiO 3 (LLTO)、Li 1.5 Al 0.5 Ti 1.5 (PO 4 ) 3 (LATP)和Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO)，由于优异的锂离子电导率，无机氧化物和有机聚合物共涂层的功能性隔膜被广泛报道。”

“然而，现有文献中很少讨论无机陶瓷和固态电解质共涂层对隔膜的协同影响，”王说。 “在这项研究中，我们提出了与勃姆石陶瓷和 LATP 固态电解质共涂层的 PE 隔膜，通过解决热变形问题来增强安全性，并减轻对电化学性能的不利影响。”

“HED (~350Wh/kg) 软包电池由富镍 Li(Ni 0.9 Co x Mn 0.1-x )O 2阴极和高容量硅基/石墨混合阳极组装而成。我们设计了 LATP 涂层侧隔板放置在阳极层压板上，”王说。

研究发现，LATP 在形成过程中与有机液体电解质和锂反应，生成坚固的 SEI 填充 LATP 层，可以防止隔膜的热变形。王说，在热滥用测试中，电池的TR失效阈值从146.2℃提高到162.0 ℃。相应地，电池TR失效的直接原因将隔板故障阻碍到富镍正极的热化学反应。

“我们还评估了这些软包电池的电化学性能，以确保其实际应用的可靠性，”王说。 “软包电池表现出令人印象深刻的电化学性能，在 1C 下循环 500 次后容量保持率为 87.99%。”

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