金屬鋰具有高理論容量和低電化學勢,是高能電池最有希望的負極材料之一。但是,不可抑制的鋰枝晶生長仍是其應用的重要障礙。此外,富鎳的鋰鎳鈷錳氧化物作為一種很有前途的正極材料受到了廣泛關注。但是,差的界面穩(wěn)定性限制了它們的發(fā)展。開發(fā)合適的電解液添加劑是解決上述問題最經濟有效的方法之一。砜類添加劑極性大,熱穩(wěn)定性好,是一種優(yōu)良的成膜添加劑。本文主要研究了兩種雙功能砜類電解質添加劑二苯砜（DPS）和雙（4-氟苯基）砜（BFS）對富鎳鋰金屬電池穩(wěn)定性和抑制鋰枝晶的影響。首先,在NMC811/Li電池中添加0.5 wt%DPS和BFS。在1C的倍率下,其初始放電容量均在160 mAh g-1左右。循環(huán)500圈后,每圈的放電容量保持率分別為99.93%和99.91%。當倍率達到5C時,含有0.5 wt%DPS的電池在循環(huán)500圈后,放電比容量和每圈的容量保持率分別為89 mAhg-1和99.95%,遠高于含有0.5wt%BFS體系（70mAh g-1,99.92%）和空白體系（25 mAhg-1,99.84%）。與空白體系相比,在活性物質負載量為20 mg/cm2（接近商業(yè)電極）或溫度達到60℃時,含... 

【文章來源】：華東理工大學上海市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２正極材料結構圖（ａ）層狀結構（ＬｉＭ０２，Ｍ?＝?Ｃｏ，?Ｎｉ，?Ｍｎ等），（ｂ）橄欖石結構??ＬｉＭＰ〇Ｍ?＝?Ｆｅ，Ｍｎ，ＮｉｃＬｉＭ＝?Ｍｎ

ｆ的高容量，在３．０－４．３?Ｖ??的電位范圍內，平均放電電位可達到為３．８?Ｖ?（ｖｓ．Ｌｉ?＋?／Ｌｉ）。然而，當Ｎｉ含量增加時，??在氧化還原過程中發(fā)生相變，導致容量降低。Ｎｉ含量的增加還降低了熱分解溫度，這導??致發(fā)熱量增加，導致材料的熱穩(wěn)定性劣化。??１．３．２負極??負極材料與電池的能量密度有著直接的關系。在電池充電過程中，負極材料是鋰離??子和電子的載體，起著能量的儲存與釋放的作用。目前，常用的商業(yè)負極材料是層狀結??構的石墨和立方尖晶石結構的ＬＵＴｉｓＯｕ，其結構如圖１．３所示［２１］。??ｔ．。肩ｌ〇〇Ｓ??（ａ）ｆ／．＾?（ｂ）?ＬｉＪｉ．Ｏ．ｊ??圖１．３商業(yè)負極材料結構??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚｅｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??天然的石墨具有良好的導電性能，結晶度較高，還具有良好的層狀結構，每６個Ｃ??和一個Ｌｉ＋結合，形成ＬｉＣ６，產生層間化合物，理論比容量可達到３７２ｍＡｈ／ｇ。在首次放??電過程中，石墨會和電解液發(fā)生氧化還原副反應，導致不可逆的容量損失和負極電位降??低，直至在負極表面形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質界面膜（簡稱ＳＥＩ膜），因此，實際比容量??一般為２９０？３６０ｍＡｈ／ｇ［２２］。天然石墨存在表面顆粒不均勻，粒度較大，反應活性不均勻??等問題，會導致其在循環(huán)充放電過程中結構容易被電解液破壞，且形成的ＳＥＩ膜厚度不??均勻，進而導致電池濃差極化大，初始庫侖效率低，容量損失大且不可逆。為解決這些??問題，對天然石墨進行表面改性，如顆粒球形化、表面氧化（包括氟化）、表面包覆軟碳??和硬碳材料等［２２＿２６］。

大２ｍｍ。組裝自下而上的順序為正極殼－正極片－隔膜－電解液－負極片－彈簧片－負極殼（如??圖２－１所示）。下面以ＮＭＣ８１１／Ｌｉ為例闡述電池組裝具體過程：??首先，檢查手套箱環(huán)境，保證無異常。其次，用專取鋰片的平頭鑷子取出鋰片，防??止混用污染；用手術刀輕輕刮鋰片表面存在的薄薄的氧化層，隨后用圓柱沖孔器將鋰片??沖成９?ｍｍ圓片，將其放在集流體鋼片中心，并將他們壓在一起。接著用絕緣鑷子取出??正極殼，開口向上，依次放入ＮＭＣ８１１正極片，Ｃｅｌｇａｒｄ隔膜，移液槍滴加１００卟電解??液，保證浸潤隔膜，再放入剛處理好的鋰片（鋰片朝下，鋼片在上），彈簧片，注意保證??所有材料中心均和正極殼中心相對應。然后蓋上負極殼，用絕緣鑷子輕輕按壓。最后，??將電池放入紐扣電池封口機凹槽上進行封裝，壓力控制在５０?ＭＰａ左右。封裝好的電池??在手套箱中靜置８ｈ后，取出進行測試。??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋰離子電池三元正極材料電解液添加劑的研究進展[J]. 鄧邦為,孫大明,萬琦,王昊,陳滔,李璇,瞿美臻,彭工廠.  化學學報. 2018(04)
[2]鋰離子電池硅基負極材料研究現狀與發(fā)展趨勢的分析[J]. 張照旭.  科技與創(chuàng)新. 2018(04)
[3]鋰離子電池電解液新型含氟添加劑研究進展[J]. 宋鑫,吳澤生,楊強強,周來,劉建文.  電源技術. 2017(10)
[4]高鎳系三元層狀氧化物正極材料容量衰減機理的研究進展[J]. 李想,葛武杰,王昊,瞿美臻.  無機材料學報. 2017(02)
[5]Tris（trimethylsilyl） borate as an electrolyte additive for high-voltage lithium-ion batteries using LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 cathode[J]. Chunfeng Yan,Ying Xu,Jianrong Xia,Cuiran Gong,Kerong Chen.  Journal of Energy Chemistry. 2016(04)
[6]鋰離子電池電解質鋰鹽的發(fā)展歷程和新型鋰鹽的研究進展[J]. 閆春生,李媛媛,劉園園.  河南化工. 2016(04)
[7]鋰離子電池電解質鋰鹽的研究進展[J]. 劉旭,楊續(xù)來.  電源技術. 2016(01)
[8]Si-Based Anode Materials for Li-Ion Batteries:A Mini Review[J]. Delong Ma,Zhanyi Cao,Anming Hu.  Nano-Micro Letters. 2014(04)
[9]鋰離子電池基礎科學問題（Ⅷ）——負極材料[J]. 羅飛,褚賡,黃杰,孫洋,李泓.  儲能科學與技術. 2014(02)
[10]鋰離子電池電解質中溶劑的研究進展[J]. 宋洋.  遼寧化工. 2011(09)

碩士論文
[1]離子液體基高安全鋰/鋰離子電池電解質設計及性能研究[D]. 張圣潔.廣東工業(yè)大學 2019
[2]含硫添加劑對高電壓下鋰離子電池性能影響研究[D]. 余笑穎.浙江大學 2019



本文編號：3009340