【摘要】：鋰離子電池擁有能量密度大，無記憶效應(yīng)，使用壽命長的特點，是目前應(yīng)用最為廣泛的可充式電池。為了應(yīng)對日益惡化的環(huán)境污染問題，世界各國都在大力發(fā)展新能源汽車，而鋰離子電池就被應(yīng)用在混合動力汽車和純電動汽車上。這就對電池的循環(huán)壽命，安全性，倍率性能提出了更高的要求。目前研究者大都將目光放在電極材料上，只有較少的人注意到鋰離子電池的電解液對電池性能的影響。本論文將從改善目前商業(yè)電解液的循環(huán)穩(wěn)定性和阻燃性入手，提出改進方法和新型體系。研究一種有更廣的溫度適用范圍和電化學(xué)窗口，好的倍率性能，更高的阻燃性和安全性的電解液。 首先，針對商業(yè)電解液在使用鋰鹽LiTFSI長期高壓循環(huán)時，Al集流體腐蝕嚴重影響電池放電性能和安全性能的問題，通過在電解液中添加全氟無機陰離子鹽，在集流體表面形成含氟的鈍化膜來阻止A13+在集流體表面吸附，同時采用低粘度醚類溶劑降低A13+的絡(luò)合鹽的溶解度。發(fā)現(xiàn)相對于1#電解液1.0M LiTFSI+0.1M LiBOB/EC+EMC+ADN(Vol.1:2:1),添加全氟無機陰離子鹽的2#電解液：0.9M LiTFSI+0.1M LiBOB+0.1M LiPF6/EC+EMC+ADN(Vol.1:2:1)，和采用低粘度醚類溶劑的3#電解液1.0M LiTFSI+0.1MLiBOB/THF+EMC+AND (Vol.1:2:1)，都對Al集流體都起到了保護作用，Al集流體的首圈腐蝕電位分別為3.9V和4.0V，高于未改善的3.7V，5圈循環(huán)后形成鈍化膜的腐蝕電位都在4.2V左右。1#、2#、3#電解液的自熄時間分別為為220.87s/g、192.82s/g、221.27s/g，說明2#電解液的阻燃性最好，1#和3#電解液的阻燃性相近。在不同溫度下，磷酸鐵鋰在3#電解液中能發(fā)揮出最好的電化學(xué)性能，在25℃下循環(huán)100圈后的容量保持率為93.4%，高于1#和2#電解液的73.4%和88.9%。在55℃時為87.8%，高于1#和2#電解液的69.2%和85.9%。而錳酸鋰和磷酸釩鋰則在2#電解液中發(fā)揮出最好的電化學(xué)性能。錳酸鋰在25℃下循環(huán)100圈后的容量為103.4mAh/g，容量保持率為90.7%，在55℃時容量保持率為67.3%，高于1#和3#電解液的55.7%和43.4%。磷酸釩鋰在25℃下循環(huán)100圈后的容量保持率為80.5%，高于1#和3#電解液的68.4%和76.8%，在55℃時容量保持率為75.6%，高于1#和3#電解液的60.9%和71.5%。 其次，由于碳酸酯類溶劑本身結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的原因，其電化學(xué)性窗口較難進一步拓寬。所以選擇有較寬電化學(xué)窗口和高電導(dǎo)率的環(huán)丁砜為主體，以及阻燃性好，穩(wěn)定性好，粘度小，熔點低的硅烷來改善單一的環(huán)丁砜電解液和電池隔膜不浸潤，，粘度較大，熔點較高的問題。從而獲得一種新型的擁有優(yōu)良性能的電解液。實驗發(fā)現(xiàn)甲基三甲氧基硅烷（MTMS）具有比甲基三乙氧基硅烷（MTES）和甲基三丙氧基硅烷（MTPS）更寬的電化學(xué)窗口，達到了5.2V，在25℃時電導(dǎo)率也較高，為0.64mS/cm，所以選其為改良環(huán)丁砜的硅烷。當MTMS和TMS按照4：6體積比例混合時能保持5.2V的電化學(xué)窗口，在25℃電導(dǎo)率達最高，為2.35mS/cm，此時為最佳比例。按照這個比例混合后電解液的自熄時間為183.02s/g，Al集流體的首圈腐蝕電位為3.9V，在5圈循環(huán)后形成鈍化膜的腐蝕電位在4.4V左右。說明其該電解液擁有優(yōu)秀的阻燃性和能形成較好的鋁集流體的保護膜。三種正極材料在甲基三甲氧基硅烷改性的環(huán)丁砜電解液都有良好的兼容性，無副反應(yīng)發(fā)生。并且具有較高的容量保持率：LiFePO4、LiMn2O4、Li3V2(PO4)3在25℃下循環(huán)100圈的剩余容量分別達到了134.8mAh/g、109.9mAh/g、129.2mAh/g，55℃下分別達到了126.1mAh/g、95.7mAh/g、126.2mAh/g。在25℃下電池的倍率放電性能也較為突出：磷酸鐵鋰在5C下具有20mAh/g的電容量，錳酸鋰和磷酸釩鋰在10C倍率放電時分別具有30.0mAh/g和66.7mAh/g的電容量，而傳統(tǒng)的碳酸酯電解液在上述倍率下則難以放電。 總之，對商業(yè)碳酸酯類電解液的改性，能夠在一定程度上提高電池的壽命和安全性。采用甲基三甲氧基硅烷對環(huán)丁砜電解液改性后，能夠獲得比單一環(huán)丁砜溶劑更優(yōu)異的性能。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM912.9

【共引文獻】

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本文編號：2576720