1、EVA基PTC材料在鋰離子電池中用作溫控開關鐘海，詹才茂，詹暉* 通訊聯系人，E-mail address: ，周運鴻武漢大學化學與分子科學學院，湖北武漢 430072摘要：本文成功的制備了EVA基正溫度系數（PTC）復合材料，阻溫特性測試表明這種EVA基復合物具備典型正溫度系數效應。我們將EVA基PTC材料與鋰離子電池正極材料復合，使得復合后的正極也具有了溫度開關效應，而且PTC的加入后對電極的電化學性能無不利影響，因而這種PTC復合電極技術能夠用于鋰離子電池，并能有效防止熱失控，提高電池的熱安全性能。關鍵詞：正溫度系數材料；電流切斷；熱安全性；EVA；LiFePO4 1、 前言盡管鋰離子電

2、池已經被廣泛的應用于日常生活中，但是它的安全性問題一直備受關注，這也是其大規模應用于動力電池的一個亟待解決的瓶頸。鋰離子電池在濫用條件下，可能出現熱失控從而產生大量的熱量使得電池內部溫度急劇上升進而導致嚴重的起火或爆炸事故。而PTC材料具有溫度響應特征，在開關轉變溫度附近其阻值會急劇增大。基于以上因素，我們將EVA基PTC復合材料引入到電池正極中，以期能夠給正極賦予溫度開關效應，在溫度急劇上升時切斷電流從而防止熱失控。2、實驗2.1 PTC空白膜的制備：按比例稱取PEO、EVA和處理的乙炔黑于圓底燒瓶中，加入石油醚溶劑，在105 下加熱攪拌，回流冷凝約5 h，然后澆灌并除去石油醚得到的混合物即

3、為PTC空白膜。2.2 PTC混合電極和空白電極的制備：將PTC混合物（7.5%）、PTFE（5%）、乙炔黑（20%）和LiFePO4（67.5%）搟膜制備成PTC復合電極；將PTFE、乙炔黑和LiFePO4按5:20:75比例混合搟膜制成空白電極。2.3 充放電條件：PTC復合電極或以上空白電極為正極，鋰片為負極，1 M LiPF6 EC/DMC（1:1 v/v）為電解液，隔膜為Celgard 2300。電池充放電壓范圍為2.04.0 V，溫度為30或90 ，充放電電流為75 mA/g。3、結果與討論將制備的EVA基混合物空白膜裁片并測試其阻溫特性，如圖1所示。從圖中的數據可以看出混合材料的

4、開關轉變溫度在90 左右，其PTC強度為463.6（最大電阻值與室溫下電阻值的比值），這說明制備出來的EVA基混合物具備典型的正溫度系數效應。圖2顯示了PTC/LiFePO4復合電極在不同溫度下放電容量隨循環次數的變化。第一周循環在30 下進行，電池釋放了140 mAh/g的容量，表明電池在常溫下能夠進行正常的充放電。將電池放置到90 的條件下靜置1 h后再進行充放電測試，基本沒有容量釋放，這可以歸因于電池中的PTC/LiFePO4復合電極在90 的條件下其電阻值急劇增大，電化學反應被切斷。通過測試并對比了PTC/LiFePO4復合電極和空白電極在30 、不同電流密度下的充放電曲線（圖3）。從

5、圖中的數據可以看出，在圖示的電流密度下PTC/LiFePO4復合電極和空白電極的充放電曲線基本重合，表明加入PTC混合物后對電極的室溫電化學性能無不利影響。4、結論將制備的PTC混合物與鋰離子電池正極材料復合，得到了具有溫度開關效應的PTC復合電極。研究發現，當該電極溫度達到90時，具有正溫度效應的PTC組分發揮作用， 通過急劇提高電極電阻切斷電流，與現有的PTC組件在鋰離子電池中的應用不同，PTC復合電極技術可以在最短的時間內感知電池內部的溫度異常，并及時切斷電流，從而有效避免電池的熱失控反應。圖1、EVA基PTC混合物膜的阻溫特性Fig.1 Dependence between volum

6、e resistance and temperature of EVA-based PTC material.圖2、PTC/LiFePO4復合電極的放電容量隨循環次數的變化Fig.2 Discharging capacity vs. cycle number of PTC/LiFePO4 mixture electrode圖3、空白LiFePO4和PTC復合電極在不同倍率下的充放電圖(15, 30, 75, 150, 300 mA/g；2.04.0V；30 )。Fig.3 Charge/discharge profiles of bare LiFePO4 and PTC electrodes

7、at various current rate. (15, 30, 75, 150 and 300 mA/g; 2.04.0V, 30 )EVA-based PTC used as an effective thermal regulator of Lithium ion batteryHai Zhong, Caimao Zhan, Hui Zhan*, Yunhong zhouCollege of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University, Wuhan, Hubei, 430072Abstract: The EVA-based PT

8、C material was successfully obtained in this study, resistivitytemperature behavior of EVA-based PTC material was measured and the result suggested that the EVA-based PTC material showed a typical PTC effect. We incorporated EVA-based PTC material within LiFePO4 cathode, which also showed a switch effect without any deterioration in the electrochemical property of the LiFePO4 electrode. Therefore, the PTC composite electrode can be used in lithium ion battery, and functions as a temperature activated switch, which i