陶瓷涂层在充电机充电锂电池中的应用解决方案
2017-9-1 9:28:09 点击：
充电机充电锂电池具有高电压、高容量、体积小、重量轻、环保以及长寿数等杰出长处，现已广泛应用于各种便携式电子产品及电动汽车范畴。可是充电机充电锂电池的安全性现在仍存在必定的问题，尤其是其在高温、过充、短路等条件下的安全性问题，已成为动力型充电机充电锂电池大规模应用时必须霸占的技能难题。
现在许多锂电厂商选用了陶瓷粉体涂覆负极极片或选用陶瓷隔阂等与“陶瓷粉体”有关的资料来改进锂充电机充电锂电池的安全性。其实，陶瓷粉体并不是“陶瓷”，而是纳米化的氧化铝颗粒。纳米氧化铝是具有重要应用价值和开展前景的特种功用纳米资料之一，具有很高的热安稳性、化学安稳性、耐腐蚀性及高硬度等一系列优秀特性，广泛用于陶瓷资料、生物医学资料、半导体资料、催化剂载体、外表防护层资料以及光学资料。正是因为纳米氧化铝这样好的热安稳性，被认为是很好的隔热资料，有望在改进充电机充电锂电池的安全功能上做出重大贡献。
现在，纳米氧化铝首要用于涂覆于电极或隔阂上以进步隔阂安全性、下降内短路率最有用办法。
一、负极陶瓷涂层
现在一般将陶瓷粉体与CMC混合，用去离子水溶解后做成浆料。之后将浆料涂覆于极片上，经枯燥后极片在SEM下的状况如图1所示。图1 中(a)、(b)图片可显着看出，陶瓷涂层呈颗粒状均匀散布于负极外表。陶瓷涂层对锂充电机充电锂电池的功能的影响如下：
图1.两种未循环负极极片SEM
1.陶瓷涂层对锂充电机充电锂电池的容量无显着影响；
2.添加陶瓷粉体会添加锂充电机充电锂电池内阻。这是因为陶瓷涂层首要成分为Al2O3，是不导电的，将陶瓷涂覆于负极资料外表将阻止电子抵达负极的路径，因而充电机充电锂电池的体电阻有所添加；
3.陶瓷涂层的充电机充电锂电池循环功能要优于没有陶瓷涂层的充电机充电锂电池。此外，在负极外表进行涂覆陶瓷粉体，经过添加负极外表的钝化作用，增强电子绝缘的方式，能够有用抑制充电机充电锂电池高温存储条件下的电功能恶化将循环后充电机充电锂电池极片进行SEM分析如图2所示。
图2.两种循环后负极极片SEM
从图中能够看出，非陶瓷涂层的负极极片外表覆盖一层细小的颗粒物，估测是充放电进程中锂堆积而构成的化合物，而陶瓷涂层的负极片外表则较为润滑，陶瓷较为均匀地散布于极片外表。由此能够估测该充电机充电锂电池的循环功能与陶瓷涂层有关，充电机充电锂电池在循环进程中会导致负极SEI 膜的添加然后变厚，而过厚的SEI 膜不但耗费更多锂离子，也使得充电进程中锂离子不能很好地嵌入到负极内，而在负极外表乃至是隔阂外表分出，然后形成循环进程中容量的丢失。在负极外表涂上一层陶瓷隔阂，或许能够有用阻挠负极SEI 膜的添加，然后减小锂离子在循环进程中的丢失。别的，电解液在充电机充电锂电池循环进程中也会不断分化，而陶瓷涂层具有必定的吸液才能，然后能够进步电解液长时间充放电循环时的容量坚持率。因而，陶瓷涂层能够进步三元充电机充电锂电池的循环功能。
4.陶瓷涂层充电机充电锂电池安全性要高于非陶瓷涂层的充电机充电锂电池。将两种不同充电机充电锂电池在相同的试验条件下进行针刺试验，成果如图3所示。
图3. 两种充电机充电锂电池针刺成果
由图3能够看出，陶瓷涂层的充电机充电锂电池针刺峰值温度为123.1 ℃，测验后充电机充电锂电池稍微鼓胀，并未出现冒烟和爆破现象；而非陶瓷涂层的充电机充电锂电池针刺峰值温度为410 ℃，测验进程中充电机充电锂电池爆破并冒烟，将顶盖突破，未能经过测验。出现上述现象的原因可能与负极外表陶瓷涂层有关，因为针刺是模仿充电机充电锂电池内短路，会在短时间内发作很多的热，而在负极外表涂覆陶瓷涂层能够推迟针刺进程中热量的急剧增大，然后推迟电解液的受热分化，防止短时间内发作很多气体而使充电机充电锂电池爆破。因而，陶瓷涂层对充电机充电锂电池的安全功能有显着的进步。
二、陶瓷隔阂
现在，研究者首要从正负极资料、隔阂、电解液及充电机充电锂电池设计等方面来改进充电机充电锂电池功能，其间陶瓷隔阂是一种有用进步充电机充电锂电池功能的途径，陶瓷隔阂不只能够进步充电机充电锂电池的安全功能，也可进步充电机充电锂电池的循环功能，下降自放电率。关于陶瓷隔阂的制作方法则多种多样，有化学气相堆积法、外表涂覆法等。陶瓷隔阂能够进步充电机充电锂电池的循环及安全功能，但其制备进程较难操控，别的隔阂上的陶瓷在循环进程中也容易发作掉落。
1.形状差异
市面上常见的隔阂是PP、PE、或许两种复合加工制成。尽管这些微孔聚烯烃隔阂具有优异的机械强度及化学安稳性，可是这些隔阂因为制备进程中存在内应力，在高温环境下应力开释，隔阂会发作显着的热缩短效应然后使得充电机充电锂电池内部正负极资料直触摸摸导致内短路发作，发作安全毛病。将纳米氧化铝颗粒涂覆于隔阂表层则能高效的进步锂充电机充电锂电池的安全性。将陶瓷粉体与PVDF、NMP溶解混合、涣散均匀后，敞开涂布机将PE隔阂上进行陶瓷粉体涂布，陶瓷涂层厚度能够操控，之后在80℃下枯燥24h即制得陶瓷隔阂。陶瓷隔阂微观描摹如图4所示。
PE与陶瓷隔阂微观描摹
从图中能够看出，涂覆的纳米A2O3颗粒完全覆盖在PE隔阂的外表，且颗粒之间存在着不均一的较大空泛散布，这些较大空地的存在能有利于Li+ 的嵌入与脱出且对电解液具有很好的吸液性及保液功能，然后不影响涂覆涂层后的隔阂对锂充电机充电锂电池的充放电功能。
2.热缩短程度
陶瓷涂层有利于进步隔阂的耐高温性质，将陶瓷隔阂和一般隔阂放于不同温度的箱子中2h，两种隔阂在缩短率上有很大的差异。试验成果如图5所示。
不同温度下两种隔阂缩短程度
隔阂在高温下会缩短是因为隔阂在制备进程中因为牵引拉伸使得隔阂存在内应力，在高温环境下因为隔阂内部分子链的运动导致应力开释然后发作大面积缩短；可是陶瓷涂层隔阂在140℃烘烤条件下除隔阂色彩发作变化以外其自身的形状未发作改变，当在隔阂外表两边涂覆的无机涂层具有耐高温隔热功能，然后下降基体隔阂自身的温度，使得隔阂在高温环境下仍坚持原有形状。
3.陶瓷隔阂有利于进步充电机充电锂电池安全性
图6.两种隔阂拼装的充电机充电锂电池内阻与温度联系
PE隔阂在温度高于其熔点温度下会发作大面积缩短，然后使得充电机充电锂电池内部正负极极片直触摸摸导致内部短路因而所测充电机充电锂电池内阻敏捷下降；但是关于涂覆涂层的隔阂即便在150℃下烘烤其隔阂自身形状不会发作变化，因而充电机充电锂电池内部不会出现短路状况然后使得充电机充电锂电池内阻仍在添加。PE隔阂在高温环境下会损失机械安稳功能，然后导致充电机充电锂电池内部发作正负极直触摸摸导致短路，而陶瓷涂层隔阂因为具有耐高温功能然后有用防止充电机充电锂电池内部发作短路，进步充电机充电锂电池的安全功能。
4.陶瓷隔阂对充电机充电锂电池寿数的影响
充电机充电锂电池隔阂不只隔离充电机充电锂电池内部正负极极片，并且需具有良好的离子通透才能，因为对隔阂进行涂覆无机涂层后会添加隔阂的厚度，然后有可能影响到离子的传导功能，但试验证明（图7）其影响较弱，反而是涂有陶瓷涂层的隔阂循环功能更好。
图7.两种隔阂充电机充电锂电池循环功能比较
PP/PE隔阂都对错极性的，外表疏水且外表能较低，对极性的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等有机电解液较难潮湿和坚持，这直接影响了充电机充电锂电池的循环功能和使用寿数，而无机陶瓷外表因为羟基的存在，外表亲水，它的引进能够极大地进步隔阂或电极对电解液的潮湿和坚持才能，大大进步充电机充电锂电池的循环功能。一起，纳米氧化铝颗粒具有较大比外表积，能够进步电解液对极片的潮湿性和保液性，也有利于充电机充电锂电池的循环寿数。
总结：
综上，陶瓷涂层关于充电机充电锂电池功能有重要的影响，尤其是对锂充电机充电锂电池安全功能具有重要的含义。电极和隔阂外表的陶瓷化，不只能显著地下降充电机充电锂电池的内短路率、进步安全性，还能改进极片和隔阂的电解液浸润性，下降极化，进步充电机充电锂电池的循环等综合功能。因而，陶瓷涂层的应用是往后充电机充电锂电池开展的必然趋势。
现在许多锂电厂商选用了陶瓷粉体涂覆负极极片或选用陶瓷隔阂等与“陶瓷粉体”有关的资料来改进锂充电机充电锂电池的安全性。其实，陶瓷粉体并不是“陶瓷”，而是纳米化的氧化铝颗粒。纳米氧化铝是具有重要应用价值和开展前景的特种功用纳米资料之一，具有很高的热安稳性、化学安稳性、耐腐蚀性及高硬度等一系列优秀特性，广泛用于陶瓷资料、生物医学资料、半导体资料、催化剂载体、外表防护层资料以及光学资料。正是因为纳米氧化铝这样好的热安稳性，被认为是很好的隔热资料，有望在改进充电机充电锂电池的安全功能上做出重大贡献。
现在，纳米氧化铝首要用于涂覆于电极或隔阂上以进步隔阂安全性、下降内短路率最有用办法。
一、负极陶瓷涂层
现在一般将陶瓷粉体与CMC混合，用去离子水溶解后做成浆料。之后将浆料涂覆于极片上，经枯燥后极片在SEM下的状况如图1所示。图1 中(a)、(b)图片可显着看出，陶瓷涂层呈颗粒状均匀散布于负极外表。陶瓷涂层对锂充电机充电锂电池的功能的影响如下：
图1.两种未循环负极极片SEM
1.陶瓷涂层对锂充电机充电锂电池的容量无显着影响；
2.添加陶瓷粉体会添加锂充电机充电锂电池内阻。这是因为陶瓷涂层首要成分为Al2O3，是不导电的，将陶瓷涂覆于负极资料外表将阻止电子抵达负极的路径，因而充电机充电锂电池的体电阻有所添加；
3.陶瓷涂层的充电机充电锂电池循环功能要优于没有陶瓷涂层的充电机充电锂电池。此外，在负极外表进行涂覆陶瓷粉体，经过添加负极外表的钝化作用，增强电子绝缘的方式，能够有用抑制充电机充电锂电池高温存储条件下的电功能恶化将循环后充电机充电锂电池极片进行SEM分析如图2所示。
图2.两种循环后负极极片SEM
从图中能够看出，非陶瓷涂层的负极极片外表覆盖一层细小的颗粒物，估测是充放电进程中锂堆积而构成的化合物，而陶瓷涂层的负极片外表则较为润滑，陶瓷较为均匀地散布于极片外表。由此能够估测该充电机充电锂电池的循环功能与陶瓷涂层有关，充电机充电锂电池在循环进程中会导致负极SEI 膜的添加然后变厚，而过厚的SEI 膜不但耗费更多锂离子，也使得充电进程中锂离子不能很好地嵌入到负极内，而在负极外表乃至是隔阂外表分出，然后形成循环进程中容量的丢失。在负极外表涂上一层陶瓷隔阂，或许能够有用阻挠负极SEI 膜的添加，然后减小锂离子在循环进程中的丢失。别的，电解液在充电机充电锂电池循环进程中也会不断分化，而陶瓷涂层具有必定的吸液才能，然后能够进步电解液长时间充放电循环时的容量坚持率。因而，陶瓷涂层能够进步三元充电机充电锂电池的循环功能。
4.陶瓷涂层充电机充电锂电池安全性要高于非陶瓷涂层的充电机充电锂电池。将两种不同充电机充电锂电池在相同的试验条件下进行针刺试验，成果如图3所示。
图3. 两种充电机充电锂电池针刺成果
由图3能够看出，陶瓷涂层的充电机充电锂电池针刺峰值温度为123.1 ℃，测验后充电机充电锂电池稍微鼓胀，并未出现冒烟和爆破现象；而非陶瓷涂层的充电机充电锂电池针刺峰值温度为410 ℃，测验进程中充电机充电锂电池爆破并冒烟，将顶盖突破，未能经过测验。出现上述现象的原因可能与负极外表陶瓷涂层有关，因为针刺是模仿充电机充电锂电池内短路，会在短时间内发作很多的热，而在负极外表涂覆陶瓷涂层能够推迟针刺进程中热量的急剧增大，然后推迟电解液的受热分化，防止短时间内发作很多气体而使充电机充电锂电池爆破。因而，陶瓷涂层对充电机充电锂电池的安全功能有显着的进步。
二、陶瓷隔阂
现在，研究者首要从正负极资料、隔阂、电解液及充电机充电锂电池设计等方面来改进充电机充电锂电池功能，其间陶瓷隔阂是一种有用进步充电机充电锂电池功能的途径，陶瓷隔阂不只能够进步充电机充电锂电池的安全功能，也可进步充电机充电锂电池的循环功能，下降自放电率。关于陶瓷隔阂的制作方法则多种多样，有化学气相堆积法、外表涂覆法等。陶瓷隔阂能够进步充电机充电锂电池的循环及安全功能，但其制备进程较难操控，别的隔阂上的陶瓷在循环进程中也容易发作掉落。
1.形状差异
市面上常见的隔阂是PP、PE、或许两种复合加工制成。尽管这些微孔聚烯烃隔阂具有优异的机械强度及化学安稳性，可是这些隔阂因为制备进程中存在内应力，在高温环境下应力开释，隔阂会发作显着的热缩短效应然后使得充电机充电锂电池内部正负极资料直触摸摸导致内短路发作，发作安全毛病。将纳米氧化铝颗粒涂覆于隔阂表层则能高效的进步锂充电机充电锂电池的安全性。将陶瓷粉体与PVDF、NMP溶解混合、涣散均匀后，敞开涂布机将PE隔阂上进行陶瓷粉体涂布，陶瓷涂层厚度能够操控，之后在80℃下枯燥24h即制得陶瓷隔阂。陶瓷隔阂微观描摹如图4所示。
PE与陶瓷隔阂微观描摹
从图中能够看出，涂覆的纳米A2O3颗粒完全覆盖在PE隔阂的外表，且颗粒之间存在着不均一的较大空泛散布，这些较大空地的存在能有利于Li+ 的嵌入与脱出且对电解液具有很好的吸液性及保液功能，然后不影响涂覆涂层后的隔阂对锂充电机充电锂电池的充放电功能。
2.热缩短程度
陶瓷涂层有利于进步隔阂的耐高温性质，将陶瓷隔阂和一般隔阂放于不同温度的箱子中2h，两种隔阂在缩短率上有很大的差异。试验成果如图5所示。
不同温度下两种隔阂缩短程度
隔阂在高温下会缩短是因为隔阂在制备进程中因为牵引拉伸使得隔阂存在内应力，在高温环境下因为隔阂内部分子链的运动导致应力开释然后发作大面积缩短；可是陶瓷涂层隔阂在140℃烘烤条件下除隔阂色彩发作变化以外其自身的形状未发作改变，当在隔阂外表两边涂覆的无机涂层具有耐高温隔热功能，然后下降基体隔阂自身的温度，使得隔阂在高温环境下仍坚持原有形状。
3.陶瓷隔阂有利于进步充电机充电锂电池安全性
图6.两种隔阂拼装的充电机充电锂电池内阻与温度联系
PE隔阂在温度高于其熔点温度下会发作大面积缩短，然后使得充电机充电锂电池内部正负极极片直触摸摸导致内部短路因而所测充电机充电锂电池内阻敏捷下降；但是关于涂覆涂层的隔阂即便在150℃下烘烤其隔阂自身形状不会发作变化，因而充电机充电锂电池内部不会出现短路状况然后使得充电机充电锂电池内阻仍在添加。PE隔阂在高温环境下会损失机械安稳功能，然后导致充电机充电锂电池内部发作正负极直触摸摸导致短路，而陶瓷涂层隔阂因为具有耐高温功能然后有用防止充电机充电锂电池内部发作短路，进步充电机充电锂电池的安全功能。
4.陶瓷隔阂对充电机充电锂电池寿数的影响
充电机充电锂电池隔阂不只隔离充电机充电锂电池内部正负极极片，并且需具有良好的离子通透才能，因为对隔阂进行涂覆无机涂层后会添加隔阂的厚度，然后有可能影响到离子的传导功能，但试验证明（图7）其影响较弱，反而是涂有陶瓷涂层的隔阂循环功能更好。
图7.两种隔阂充电机充电锂电池循环功能比较
PP/PE隔阂都对错极性的，外表疏水且外表能较低，对极性的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等有机电解液较难潮湿和坚持，这直接影响了充电机充电锂电池的循环功能和使用寿数，而无机陶瓷外表因为羟基的存在，外表亲水，它的引进能够极大地进步隔阂或电极对电解液的潮湿和坚持才能，大大进步充电机充电锂电池的循环功能。一起，纳米氧化铝颗粒具有较大比外表积，能够进步电解液对极片的潮湿性和保液性，也有利于充电机充电锂电池的循环寿数。
总结：
综上，陶瓷涂层关于充电机充电锂电池功能有重要的影响，尤其是对锂充电机充电锂电池安全功能具有重要的含义。电极和隔阂外表的陶瓷化，不只能显著地下降充电机充电锂电池的内短路率、进步安全性，还能改进极片和隔阂的电解液浸润性，下降极化，进步充电机充电锂电池的循环等综合功能。因而，陶瓷涂层的应用是往后充电机充电锂电池开展的必然趋势。
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