适用于磷酸亚铁锂的锂离子电池电解液的研究

论文摘要

磷酸亚铁锂(LiFePO4)被认为是动力电池最有发展前途的正极材料之一。本文综述了电解液的发展现状,采用循环伏安、电化学阻抗、恒电流充放电、傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等方法,研究了电解液的溶剂体系和添加剂对电极界面和电池性能的影响。首先研究了二元、三元及四元溶剂体系对LiFePO4/C电池性能的影响,结果表明,在二元体系中,碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)体系的倍率性能最好, EC和碳酸二乙酯(DEC)体系的高温性能最好;与EC基二元电解液,少量碳酸丙烯酯(PC)的加入能显著提高电池的低温性能和高温性能,并且不会发生PC的共嵌现象;而EC、DMC、碳酸甲乙酯(EMC)和PC构成四元溶剂体系有更优异的综合性能。其次考察了亚硫酸乙烯酯(ES)、丁磺酸内酯(BS)、亚硫酸丙烯酯(PS),碳酸亚乙烯酯(VC)、亚乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)六种添加剂对LiFePO4/C电池性能的影响。结果表明,在电解液中加入PS后,LiFePO4/C电池放电平台提高约0.1 V;而加入FEC的电解液组装的LiFePO4/C电池500次循环后,容量保持率可以达到98.9%,并且发现,FEC的加入还能显著提高电池的低温性能。SEM研究结果表明,加入PS和FEC后,负极材料表面形成固体电解质相界面膜(SEI膜)更平滑致密;FTIR研究结果表明,两种添加剂加入后,烷氧基碳酸锂特征吸收峰强度减弱,PS和FEC在电池的循环过程中参与了SEI膜的形成,并且电解液加入PS后,Li2SO3成为SEI膜的主要组分之一。最后,研究了两种添加剂的共同使用对电池性能的影响。结果表明,PS和FEC共同使用可以使电池低温性能和循环性能显著提高,而对倍率性能没有太大影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的意义
• 1.2 锂离子电池的工作原理及结构
• 1.2.1 锂离子电池的工作原理
• 1.2.2 正极材料
• 1.2.3 负极材料
• 1.3 锂离子电池电解液
• 1.3.1 电解质锂盐
• 1.3.2 有机溶剂
• 1.3.3 添加剂
• 1.4 课题的研究内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验材料与化学试剂
• 2.2 实验主要仪器设备
• 2.3 样品的制备
• 2.3.1 软包装电池
• 2.3.2 扣式电池的制作
• 2.3.3 电解液的配制
• 2.3.4 SEM、FTIR样品制备
• 2.4 测试方法
• 2.4.1 充放电测试
• 2.4.2 倍率性能充放电测试
• 2.4.3 锂离子电池高低温性能充放电测试
• 2.4.4 循环伏安（CV）曲线测试
• 2.4.5 扫描电子显微镜（SEM）观察
• 2.4.6 傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）分析
• 4电池电解液溶剂体系研究'>第3章 适用于LiFePO₄电池电解液溶剂体系研究
• 3.1 引言
• 3.2 二元溶剂体系
• 3.2.1 不同二元体系对电池循环性能的影响
• 3.2.2 不同二元体系对电池倍率性能的影响
• 3.2.3 不同二元体系对电池高低温性能的影响
• 3.3 三元溶剂体系
• 3.3.1 PC的加入对循环性能的影响
• 3.3.2 PC的加入对低温性能的影响
• 3.3.3 PC的加入对高温性能的影响
• 3.4 四元溶剂体系
• 3.4.1 四元溶剂体系的循环性能
• 3.4.2 四元溶剂体系的低温性能
• 3.4.3 四元溶剂体系的倍率性能
• 3.5 本章小结
• 第4章 添加剂对LiFeP04/C电池性能的影响
• 4.1 不同添加剂对循环寿命的影响
• 4.1.1 亚硫酸酯类添加剂对循环性能的影响
• 4.1.2 含亚乙烯基添加剂对循环性能的影响
• 4.2 不同添加剂对倍率性能的影响
• 4.2.1 亚硫酸酯类添加剂对倍率性能的影响
• 4.2.2 含亚乙烯基的添加剂对倍率性能的影响
• 4.3 不同添加剂对高低温性能的影响
• 4.3.1 添加剂对高温性能的影响
• 4.3.2 添加剂对低温性能的影响
• 4.4 多种添加剂的使用
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢