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锂电池广泛应用于各种电源产品,电池安全一直是人们关注的焦点。 电池安全问题主要是由热失控引起的。 根据目前的研究,造成电池热失控的主要原因有:
1、电解液受热分解; 2、电解液采用嵌锂材料还原; 3、电解液被正极材料氧化; 4、正负极材料的分解; 5、膜片损坏造成短路。 当然,还有其他原因。 本文不会重点介绍它们。 今天主要介绍PTC材料在防止锂离子电池热失控方面的应用。 PTC(Positive Temperature Coefficient),意为正温度系数,泛指具有较大正温度系数的半导体材料或元器件。 PTC材料具有电阻率随温度升高的特性。 当大电流通过PTC器件时,PTC产生的焦耳热会导致温度升高,进而使元件的电阻迅速增大,从而限制电流的流动。
PTC材料应用于锂离子电池主要有3种方式,可以在一定程度上提高锂离子电池的安全性:
(1)将PTC材料制成电极涂料。 武汉大学的X.M.Feng等采用环氧树脂、炭黑和固化剂聚酰胺制成PTC材料。 将PTC材料涂覆在铝箔表面形成PTC涂层,然后在PTC涂层表面涂覆活性物质:
A/B/C分别为钴酸锂活性物质、PTC涂层和铝箔。 这种结构的优点是PTC材料可以提高锂离子电池的安全性,防止锂离子嵌入PTC材料中破坏导电剂结构,从而提高电池的倍率性能和循环寿命。 (2)将PTC材料混合到电极材料中。 Makiko Kise 等人。 日本等人将PTC材料引入电池中,将PTC材料与电极材料混合制成混合电极。 PTC材料由高密度聚乙烯(HDPE)和炭黑制成。 其保护机制是:正常情况下,材料作为导电剂参与电子传输; 在滥用条件下,当电池温度升高并超过PTC材料中HDPE的熔点时,聚合物迅速扩散并抑制导电剂导电通道的传输。
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