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Grabner蒸汽压仪在电池电解液中的应用

时间:2018-04-13      阅读:2210

一、       锂电池简介

锂电池(Lithium battery)是指电化学体系中含有锂(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电池。

锂离子电池的基本构成包括:正极、负极、电解液、其他配件等等。锂离子电池由于具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点,在电子产品、电动汽车、航空航天等领域有着极其重要的应用。

1 锂离子电池的基本组成

  • 电解液主要成分

在锂离子电池中zui重要的组成部分是电极材料和电解液。

 

2 电解液常用组成

溶剂是溶质和添加剂的载体。溶剂是溶质周围的微观环境,它决定溶质的离子化和溶剂化程度。溶剂的性质取决于它的成分和分子结构。溶剂分子相互间的作用力决定着溶剂的粘度、蒸汽压、凝固点和沸点等。溶剂分子和溶质分子间的作用力又影响溶质的溶解度和溶剂化程度。同时,溶剂又是决定作业电解液运用温度规模的关键因素之一,对电解电容器电功能影响极大。其中,锂电池电解液的主要溶剂成分如下:

  1.碳酸乙烯酯:分子式: C3H4O3

  透明无色液体(>35),室温时为结晶固体。沸点:248/760mmHg 243-244/740mmHg;闪点:160℃;密度:1.3218;折光率:1.4158(50);熔点:35-38℃;本品是聚丙烯腈、聚氯乙烯的良好溶剂。在电池工业上,可作为锂电池电解液的优良溶剂。

  2.碳酸丙烯酯 分子式:C4H6O3

是一种优良的极性溶剂。本产品主要用于高分子作业、气体分离工艺及电化学。

  3.碳酸二乙酯 分子式:CH3OCOOCH3

  无色液体,稍有气味;蒸汽压1.33kPa/23.8℃;闪点25℃(可燃液体能挥发变成蒸汽,跑入空气中。温度升高,挥发加快。)熔点-43℃;沸点125.8℃;溶解性:不溶于水,可混溶于醇、酮、酯等多数有机溶剂;密度:相对密度(=1)1.0;相对密度(空气=1)4.07;稳定性:稳定;危险标记7(易燃液体);主要用途:用作溶剂及用于有机合成。

为保证锂离子电池产品的高温长寿命,对电解液用的溶剂有如下基本需求:

  1. 具有宽的温度改变规模、高的沸点和低的凝固点。
  2. 具有小的饱和蒸汽压。由于电解液饱和蒸汽压取决于溶剂的饱和蒸汽压,而有小的饱和蒸汽压的电解液,可大大提高电池的寿命。
  3. 需求有较低的粘度,且粘度随温度改变要平整。由于低粘度,离子的搬迁快,改进了电解电容器的频率特性;同时低粘度也易浸透入阳极微孔中,使电解电容器的等效串联电阻削减。
  4. 尽可能有较大的电容率和较小的介质损耗。
  5. 化学稳定性好,与它相接触的材料不被腐蚀和不被溶胀。
  6. 易于溶解溶质,溶剂一溶质间有*的溶剂化效应。
  7. 无毒或毒性极低,环保型溶剂。
  • 电解液蒸汽压的重要性

近年来关于锂离子电池引发的火灾甚至爆炸的报道己屡见不鲜,主要是由于在电池高温使用过程中,电解液的蒸汽压越大,挥发性越大,造成了电池内部压力过大的结果。因此,锂离子电池的安全问题引起人们普遍的关注;同时安全问题也是制约锂离子电池向大型化、高能化方向发展的瓶颈。

  • 蒸汽压测定仪在电解液的生产安全研究方面的应用

在《锂离子电池电解液的安全性研究进展》文章中从电解液的燃烧性能和电池电极材料的热稳定性两个角度,分别介绍了无闪点溶剂和阻燃电解液方面的研究状况,以及电极材料与电解液之间和电解液自身的热稳定性的影响因素和改善其热稳定性的措施。

在通常状况下,传统的己二酸铵/乙二醇加水体系工作电解液基础上,通过调整组分,使电解液的沸点提高,蒸汽压降低,组合成能满足要求的优良电解液,适用范围从-40~+85℃拓宽到-40~+105℃,且不必加入另外的任何添加剂。

在溶剂方面,单用乙二醇已经可以满足135℃使用要求,但由于使用了气密性好的丁基胶,选择乙二醇以及其它多元醇类溶剂混合来降低饱和蒸汽压,更能有效的防止电容器高温工作时过早鼓底。

  • 蒸汽压测定仪在软包装锂离子电池研究方面的应用

在中南大学冶金科学与工程学院发表的《软包装锂离子电池有机电解液的电化学行为》一文中制备了软包装锂离子电池,并研究了电解质与四种混合溶剂的电解液组成的锂离子电池。并测试了电解液的蒸汽压和电池的高温贮存性能等。

在文中,作者研究了电解液的电化学特性,以及γ-丁内酯对电解液蒸汽压的影响。提到软包装锂离子电池在338K的温度环境下工作时,电池的厚度变化小,电池安全性好。软包装锂离子电池由于所采用的铝塑复合膜质地柔软,很小背压,会导致电池严重膨胀。因此,要求电解液在323K以上的温度环境中具有更低的蒸汽压。

3为电解液1mol/L LiPF6 EC/DMC(质量比1:1)1mol/L LiPF6 EC/GBL(质量比4:3)1mol/L LiPF6 EC/DMC/GBL (质量比4:4:3)273~373K温度范围内的蒸汽压。由图可知,EC/DMC电解液的蒸汽压值随着温度的升高而迅速增大,尤其是当温度高于313K,蒸汽压的变化速率非常大。EC/ GBLEC/DMC/GBL电解液的蒸汽压的变化较小,说明这两种电解液受到的温度影响较小。

3 电解液蒸汽压与温度的变化关系

a 1mol/L LiPF6 EC/DMC(质量比1:1)

b 1mol/L LiPF6 EC/GBL(质量比4:3)

            c 1mol/L LiPF6 EC/DMC/GBL (质量比4:4:3)

总的来说,做这项实验研究的主要目的就是研究如何才能让电解液的蒸汽压减小,增加电池的使用寿命。

  • 蒸汽压测定仪在电解液的运输和存储中的应用

电解液一般都是易燃的有机溶剂,如果其蒸汽压非常大,很容易就会挥发,那么在存贮或使用过程中会有蒸发散失,同时挥发出的蒸汽和空气结合,遇到明火后很容易就会发生火灾或者是爆炸。所以,国家安监总局印发的关于《化学品物理危险性鉴定与分类管理办法》及《关于危险货物运输的建议书》中对于危化品易燃液体分类包装存储运输明确规定了蒸汽压测试的必要性。因此,蒸汽压的测试是非常有必要的。

GRABNER MINIVP VP VISION

饱和蒸汽压测试仪产品介绍

  •  

  • 屏幕:10英寸工业级全彩触摸屏
  • 压力范围: 0-2000kpa
  • 温度和压力的精度为±0.01
  • 现代化的APP操作界面
  • *的2-D CorrectionTM算法,在满量程内具有zui高的度。
  • Sampling ProTM阀,更有效的防止样品交叉污染。
  • 温度和湿度的耐受性认证:EN60068-2-1、EN60068-2-78、EN60068-2-14
  • 具有测试完成提示功能
  • 原油测试无需额外的压力调节系统,可直接进样
  • 数据存储量巨增,大于100,000个
  • 具有结果查询系统功能
  • 具有CockpitTM软件功能,可以轻松实现远程操作和局域数据分享与整合。
  • 气液比:0.02-100/1
  • *的热电温度控制系统---无需额外的冷却系统,轻轻松松快速降温
  • *的活塞自润滑系统,大大延长了活塞系统的使用
  •  具有中英文等多种操作语言,用户也可以自己定义
  •  PDF结果导出格式,同时可以附带温度和压力变化图
  •  Fast ModeTM方法:运行D5191和D5188
  • 防振动和防碰撞认证:EN60721-3-2
  • 多点测试功能:可任意设定10个温度点(0-120℃间,非等间距温度设置),一次进样,得出多点测试结果。适合评价油品和研究
  • 程序微扫功能:可以设定间隔从1 ℃到10 ℃ ,等间距温度的蒸汽压曲线测试功能(0-120 ℃ ),适合评价油品和研究
  •  公司简介
  • 是世界上的石油石化产品检测仪器制造厂商,于1987年由Dr. Werner Grabner 创建,总部位于美丽的音乐之城维也纳。
  •         创新、质量、用户满意的价值理念,20多年来不断为石油石化领域的客户提供、、方便的实验室/在线检测仪器仪表。

说明: http://www.renhe.net/App_Upload/2014/3/25/8824fbe0-7ded-4b10-a318-6952560ce278.jpg       Grabner仪器公司团队富于创新,产品设计先进,早在1999年就开发出新型的蒸汽压测试方法,并为ASTM协会采纳收编成ASTM D63776378

ASTM D6450系列标准。与此同时,Dr. GrabnerASTM协会授予杰出成就奖2003年,Grabner仪器公司再次被ASTM协会授予杰出成就奖,以表彰Grabner在开发新闪点试验标准方法ASTM D6450ASTM D7094标准中的杰出贡献。1993年,Grabner仪器公司在业界通过ISO9001质量体系认证标准,产品质量得到客户称赞。

 

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