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                          環己基苯論文

                          規格:99%
                          包裝:25kg/桶
                          最小購量:1kg
                          CAS:827-52-1
                          分子式:C12H16
                          分子量:160.26

                          【標題】光活性苯基環己烷的合成與性質研究

                          【作者】孫永茂 喻紅平

                          【機構】清華大學化學系

                          【摘要】以4-(反式-4-n-烷基環己基)苯甲酸和S(+)-(2-甲基丁基)4-羥基苯甲酸酯為原料。合成了一個新系列光活性苯基環己烷液晶。其結構用核磁共振氫譜、紅外光譜確定,并對該系刊液晶的相變溫度和顯徽織構進行了研究。

                          【關鍵詞】光活性 苯基環己烷 液晶 鐵電性

                          【論文1】光活性苯基環己烷的合成與性質研究.pdf
                          【論文2】苯基環己烷類液晶的合成和性能.pdf

                          環己基苯添加劑對鋰離子電池性能的影響
                           
                          作者:蔡波,陳艷秋,王慶杰
                          來源:《電源工業》總第133期
                           
                          摘要:采用3%、5%和7%含量環己基苯添加劑作為204465型鋰離子電池的過充添加劑,參照鋰離子電池通用規范(GJB4477-2002)對電池的耐過充性能和電性能(如容量性能、循環壽命等)進行了評估。結果表明,環己苯添加劑的引入對電池的初始放電容量沒有影響,合適比例(如3%含量)的環己苯添加劑可以保證電池的循環性能,含環己苯添加劑的實驗電池在過充電初期會發生電聚合放熱反應,在一定程度上可以延緩鋰離子電池中的鈷酸鋰和電解液的氧化分解與燃燒,避免電池出現高危狀態。
                          0 引言
                            鋰離子電池作為新一代高比能量電池,在移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機、衛星定位系統、電子干擾炸彈、制導炸彈、無人偵察機、航空炸彈、蛙人運載器等軍事和民用領域獲得廣泛應用[1]。然而,鋰離子電池如果使用不當,不僅會縮短其使用壽命,而且還會引起爆炸,而過充電是使用過程中較易發生的問題,如何提高鋰離子電池在過充條件下的安全性也成為鋰離子電池研究者共同關注的問題。
                            目前,防止電池過充的方法有在電池的安全帽內安裝PTC聚合物開關、電流中斷裝置、防爆安全閥或設計外加專用的過充保護電路等,雖然上述方法都有一定效果,但并不能徹底解決過充造成的安全性問題[2-4]。因此,建立一種內在的過充保護機制非常重要,通過添加劑實現電池過充的內部保護對提高鋰離子電池安全性具有極其重要的意義。本文采用3%、5%和7%含量環己基苯電聚合添加劑作為204465型鋰離子電池過充添加劑,參照鋰離子電池通用規范(GJB4477-2002)對電池的耐過充性能和電性能(如容量性能、循環壽命等)進行了評估。
                          1 實驗
                          1.1 實驗材料與試劑
                          主要實驗材料與試劑見表1。
                          表1 主要實驗材料與試劑
                          1.2 實驗電池的制備
                            用水溶解質量配比為2%羧甲基纖維素鈉(CMC)、7%膠乳、1.5%膠體石墨、0.5%乙炔黑、89%長沙石墨制成負極漿料,然后在銅箔上拉漿制成極片作為負極;用N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶解質量配比為90%LiCoO2、4%膠體石墨、4.5%PVDF、1.5%乙炔黑制成正極漿料,在鋁箔上拉漿制成正極,將涂敷好的正、負極分別碾壓、裁切成正、負極片。然后將負極片、隔膜、正極片卷繞在一起制成電池芯。在LB315型電解液(1mol/L LiPF6 EC+DMC+DEC,體積比1:1:1)中加入環己苯添加劑,配制成含環己苯質量比為3%,5%,7%的電解液。實驗電池采用深圳賽思達公司提供的204465型電池殼體,電池注液在環境濕度小于3%的干燥房中完成,激光焊接實現電池全密封。
                          1.3 測試儀器及方法
                            實驗電池通過武漢力興PCBT-188-32D電池測試系統完成電池的化成、1C容量性能及循環性能的測試。
                          1.3.1 容量實驗
                            實驗電池以900mA(約0.2C)充電至4.2V,保持4.2V恒壓狀態,限流設置為200mA,充好電的電池在室溫條件下擱置1h后,電池以4500mA(約1C)放電至截止電壓3.0V,比較不同含量環己苯添加劑對電池容量性能的影響。
                          1.3.2 循環實驗
                            實驗電池以4500mA(約1C)充電至4.2V,保持4.2V恒壓狀態,限流設置為200mA,擱置5min后電池以4500mA放電至截止電壓3.0V,擱置5min,再重復前述充、放電步驟,直至實驗電池連續2次放電容量低于額定容量的70%終止循環,考察電池的容量保持率。
                          1.3.3 過充電實驗
                            實驗電池以4500mA(約1C)充電至4.0V,與DH1716-5D型直流穩壓穩流電源(0~60V/10A,蘇州產)、C19-A型電流表(0~5A/10A,貴陽產)、恒流負載器(FW36V/10A,梅嶺廠自制)串接組成回路,直流穩壓穩流電源作為動力源,再對電池進行4500mA(約1C)恒流充電,考察含添加劑和不含添加劑的實驗電池的抗過充性能。另外,實驗中采用DX106型YOKOGAWA四通道記錄儀(重慶產)自動記錄電池的電壓、電池外壁溫度和環境溫度,溫度測量使用2個熱電偶溫度傳感器,1個熱電偶溫度傳感器固定在電池外壁,另1個熱電偶溫度傳感器布置在室溫環境中,分別測量電池的外壁溫度和環境溫度。
                          結果與討論
                          2.1  環己基苯添加劑對電池容量性能的影響
                            室溫條件下,實驗電池1C放電容量數據見表2。表2數據表明,含添加劑和不含添加劑的實驗電池的放電容量較為一致,添加3%含量環己基苯添加劑的電池容量稍高,但總的來說,實驗電池容量離差最大不超過4%,而國軍標(GJB4477-2002)要求電池的容量離差為±3%。因此,環己基苯添加劑對電池的容量性能沒有影響。
                          表2 實驗電池1C放電容量數據
                          2.2 環己基苯添加劑對電池過充性能的影響
                          圖1 LB315電解液中引入不同含量環己苯添加劑電池1C過充電壓變化曲線

                           
                          圖2 LB315電解液中引入不同含量環己苯添加劑電池1C過充下表面溫度變化曲線
                            結合圖1和圖2可知,實驗電池在1C過充時,3%、5%和7%含量環己苯添加劑電池表面溫度均在37min左右開始加速爬升,3%含量環己苯添加劑電池表面溫度爬升速率稍慢,但LB315型電解液電池的表面溫度直至65min左右才加速爬升。這是因為環己苯添加劑的引入,電池在過充至4.7V左右,環己苯添加劑發生電聚合反應,使電池隔膜閉合增大了電池內阻,更多的電能轉化為熱量而引起電池溫度升高,而LB315型電解液電池不含環己苯添加劑,則在這一過充條件下尚未引起大量電解質的分解,所以其溫升程度相對較小。實驗電池表面溫度開始加速爬升時,電池電壓幾乎維持在4.6~4.7V之間,不久,實驗電池電壓逐漸下降,5%和7%含量環己苯添加劑電池電壓均在43min左右開始大幅波動,3%含量環己苯添加劑電池電壓在58min左右出現波動,而LB315型電解液電池在實驗進行到65min左右,電池電壓開始下降。因此,環己苯添加劑的引入使得環己苯聚合反應先于電解液氧化反應發生并放出熱量,而環己苯添加劑含量越高表現得越明顯,但是,環己苯添加劑的電聚合并未使電池自放電到安全狀態,最后實驗電池仍然發生了熱失控,并出現了爆炸、燃燒的不安全現象。含環己苯添加劑電池實驗前后圖片如圖3所示。
                          圖3 實驗前(左)和實驗后(右)的含環己苯添加劑電池
                            唐致遠等[5]認為電池中的環己苯添加劑含量太少,可能不足以形成使得電池達到半短路狀態的聚合物膜層,從而難以抑制電解液氧化分解,最終會導致電池熱量失控進而發生爆炸。另外,唐致遠等[6]還指出環己苯添加劑發生聚合反應放出熱量的同時還會生成氫氣,若電池裝配有溫度敏感裝置、防爆氣壓閥裝置,則可在電池未進入危險階段之前啟動以上裝置,防止電池爆炸,從而提高鋰離子電池的抗過充能力。
                          2.3 環己基苯添加劑對電池循環性能的影響 
                          圖4 含不同電解液的電池的循環性能曲線
                            圖4表示含不同電解液的電池的循環性能曲線比較。從中可以看出,在第125周循環時,7%含量環己苯添加劑電池的容量損失約32%,5%含量環己苯添加劑電池的容量損失約13%,3%含量環己苯添加劑電池的容量損失約4%,LB315型電解液電池的容量損失約5%;在第175周循環時,5%含量環己苯添加劑電池的容量損失約23%,LB315型電解液電池的容量損失約6%,3%含量環己苯添加劑電池的容量損失約5%;在第250周循環時,3%含量環己苯添加劑電池和LB315型電解液電池的容量損失較一致,而5%和7%含量環己苯添加劑電池的容量損失已遠超過35%。通過比較可知,LB315電解液加3%含量環己苯添加劑電池的循環性能最好,LB315型電解液電池的循環性能次之,LB315電解液加7%含量環己苯添加劑電池的循環性能最差,說明電解液引入適量的添加劑可以保證電池的循環性能,但較高比例的環己苯添加劑對電池的循環性能有負面影響。
                          3 結論
                            環己苯添加劑的引入對電池的初始放電容量沒有影響,但環己苯添加劑含量太高會影響電池的循環性能,只有合適比例(如3%含量)的環己苯添加劑可以保證電池的循環性能;電池1C過充實驗表明,環己苯添加劑的引入會使鋰離子電池在過充電初期發生電聚合反應并放出熱量,導致電池表面溫度開始加速爬升,在一定程度上可以延緩鋰離子電池中的鈷酸鋰和電解液的氧化分解與燃燒,避免電池出現高危狀態,但最終仍不能避免電池發生爆炸。因此,可將含添加劑電池與正溫度系數(PTC)聚合物開關熱敏元件等安全裝置聯用,在鋰離子電池出現熱失控前,激活電池的安全保護裝置,以提高電池的安全性。
                           
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