【摘要】：人類對于能源的需求與日俱增,高性能鋰離子電池作為一種理想的能量轉(zhuǎn)換裝置,成為目前能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。電解液作為鋰離子電池的重要組成部分,決定了電池的工作電壓、安全性能等,因此開發(fā)具有優(yōu)良性能的電解液體系是目前升電池性能的重要路徑。已有的研究結(jié)果表明,當(dāng)固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI)膜中含有種類適當(dāng)?shù)倪m量含硫組分時(shí),界面上的鋰離子電導(dǎo)率、熱力學(xué)穩(wěn)定性均會得到顯著改善。因此,基于對含硫溶劑對界面成膜過程影響機(jī)理研究,構(gòu)建溶劑性質(zhì)與電池性能之間的關(guān)聯(lián)模型對今后鋰離子電池電解液的研發(fā)具有重大的實(shí)際意義。本文對比了引入環(huán)丁砜(SL)前后,雙草酸硼酸鋰(Li BOB)基電解液與基于中間相碳微球(MCMB)的負(fù)電極的相容性,發(fā)現(xiàn)在SL存在時(shí)Li/MCMB半電池性能得到較大的升,并通過基礎(chǔ)電化學(xué)測試表征結(jié)果推測該性能升主要源于SL對SEI膜性質(zhì)的改善。本文在此發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,首先通過基礎(chǔ)電池性能測試,通過將主反應(yīng)物發(fā)生明顯化學(xué)反應(yīng)處的電壓設(shè)為電極反應(yīng)節(jié)點(diǎn),從而把復(fù)雜的電極過程分為多個(gè)簡單階段來研究。通過跟蹤研究環(huán)丁砜在電極界面的反應(yīng)歷程、環(huán)丁砜的引入對硼基鋰鹽反應(yīng)成膜過程及膜性質(zhì)的影響、膜性質(zhì)對電池性能的影響,從成分和形貌兩個(gè)方面揭示充放電過程中界面膜形成的具體歷程,并揭示電解液中各組分,特別是環(huán)丁砜在成膜過程中對成膜過程的的影響及影響機(jī)理。此外,本文基于以上研究結(jié)果,分析了由于在電場力的作用下,環(huán)丁砜對電池預(yù)成膜過程的影響。研究認(rèn)為,環(huán)丁砜因具有較高的極性,因此,在電場力作用下會在電極表面聚集,形成雙電層結(jié)構(gòu),導(dǎo)致近電極表面環(huán)丁砜的量增多,進(jìn)而使Li BOB在該區(qū)域內(nèi)的濃度低于其在相同位置未添加環(huán)丁砜的電解液中的濃度,即減少了反應(yīng)物的量,削弱了反應(yīng)強(qiáng)度,抑制了Li BOB的過度分解。以上結(jié)果證明了電解液溶劑組分分子的極性和化學(xué)性質(zhì)都可以影響Li BOB基電解液成膜性質(zhì),進(jìn)而影響電池性能。根據(jù)本文所構(gòu)建SL性質(zhì)與電池性能間關(guān)聯(lián)模型可知,Li BOB作為一種具有優(yōu)良綜合性質(zhì)的鋰鹽,在今后的商業(yè)應(yīng)用過程中可選擇匹配具有較高極性的含硫溶劑,彌補(bǔ)該鹽自身缺點(diǎn),高電池性能。
【圖文】：

圖 3.1 S1 和 S2 電解液用于 Li/MCMB 半電池次充放電曲線3.1 The initial charge and discharge curves of Li/MCMB cells with Sample 1 an2 electrolytes,究首先通過對比基于不含 SL 的電解液（S1）和含有 SL 的電解液（MB 半電池（后簡稱 S1 電池和 S2 電池）充放電曲線，研究兩種不的基礎(chǔ)性能，進(jìn)而初步探究 SL 對電池充放電過程的影響。圖 3.1 所示，，S1 電池與 S2 電池在 1.75 V 左右和 0.05 V 左右均存在臺。其中，S1 電池在 1.75 V 處的放電平臺占比（相對于首次放電過，相對而言，S2 電池 1.75 V 平臺占比約 15%，即 S1 電池在 1.75平臺在放電過程中占比比 S2 電池高，這意味著 S1 電解液在該電解強(qiáng)度要高于 S2 電解液。對比 S1 與 S2 電解液成分可知，在 SL，電解液在 1.75 V 電位處的分解量將有顯著的減小。根據(jù)前期工作可知，1.75 V 電壓平臺對應(yīng)為 LiBOB 的還原分解過程[122]。因此，

環(huán)丁砜對 LiBOB 基電解液成膜過程影響模型的構(gòu)建及應(yīng)用電解液的組分可知，SL 的加入可以減小 LiBOB 在高定程度上降低了首次放電過程中預(yù)成的 SEI 膜厚度。分解產(chǎn)物在電極表面沉積所形成的固態(tài)電解質(zhì)界面（S的缺點(diǎn)。因此，抑制 LiBOB 在高電位處的過度分解成度，降低電極界面阻抗， 高電池性能。同時(shí)，根據(jù)SL 的引入可以使電極表面在高電壓下形成一層更為有酸酯溶劑在低電位下的分解。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2704993