【摘要】：近年來鋰離子電池在電動汽車領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛,與此同時,該領(lǐng)域?qū)︿囯x子電池提出更高能量密度的需求,使用高壓正極材料是提高能量密度的有效手段之一,然而,高電壓下傳統(tǒng)電解液與正極材料之間界面不穩(wěn)定,電解液易氧化分解,增大鋰離子電池的不可逆容量,進而降低了鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性,因此鋰離子電池耐高壓電解液的開發(fā)對進一步提高鋰離子電池的能量密度至關(guān)重要。目前,提高高壓下電解液與正極材料界面穩(wěn)定性的有效方法之一是使用高壓電解液添加劑。添加劑自我分解調(diào)控界面膜,使得該界面膜可以有效隔絕電解液與正極材料間接觸,抑制正極材料的溶解和電解液的氧化分解。此外,添加劑用量少、效果顯著,因此近年來備受科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的研究和關(guān)注。本論文主要研究了無機鋰鹽氟鋯酸鋰和有機物氟代碳酸乙烯酯及多巴胺兩類電解液添加劑對“Li/LiNi0.5Mn1.5O4”和“Li/LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2”電池界面膜的調(diào)控,研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)合成了無機添加劑氟鋯酸鋰,將其作為添加劑應(yīng)用于“Li/LiNi05Mn1.5O4”電池中,研究其循環(huán)性能和倍率性能。實驗結(jié)果表明在常規(guī)電解液中加入0.15 molL-1氟鋯酸鋰后,Li/LiNi0.5Mn1.5O4半電池的首圈放電比容量為128mAhg-1,200圈后的容量保持率為88.79%;同樣測試條件下,常規(guī)電解液首圈放電比容量為113.6 mAh g-1,200圈后電池的容量保持率為83.89%。EIS分析表明氟鋯酸鋰參與形成的SEI膜的阻抗較小;SEM和TEM測試表明無添加劑時,循環(huán)200圈后LiNi0.5Mn1.504表面形成不均一且較厚的SEI膜,而有氟鋯酸鋰存在時,氟鋯酸鋰可以調(diào)控界面膜,使其均一穩(wěn)定;XPS和XPS刻蝕分析表明,氟鋯酸鋰可以有效抑制電解液高壓下的氧化分解且保護正極材料。(2)采用Gaussian 09中B3LYP方法計算添加劑氟代碳酸乙烯酯、多巴胺以及傳統(tǒng)溶劑EC、DMC、EMC的HOMO能級,并將其分別應(yīng)用在“Li/LiNi06Co0.2Mn0.2O2”、“Li/LiNi05Mn1 5O4”半電池中,測試添加劑對電池性能的影響。恒電流充放電測試表明,在基礎(chǔ)電解液中添加質(zhì)量比為10%的FEC后,可以顯著提高Li/LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2電池的循環(huán)穩(wěn)定性。在基礎(chǔ)電解液中添加質(zhì)量比為0.1%的多巴胺后,有利于Li/LiNi0.5Mn15O4容量的發(fā)揮。電化學(xué)分析方法表明,含有添加劑的電解液在正極表面分解形成的SEI膜的阻抗值較小且較穩(wěn)定。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM912
【圖文】：

潮汐能、化學(xué)能源等的任務(wù)已迫在眉睫。其中，化學(xué)能源中的鋰離子電池具有比逡逑能量高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長等優(yōu)點己經(jīng)在便攜性電子設(shè)備、儲能設(shè)備中取逡逑得了廣泛應(yīng)用［１］。如圖１．１所示：鋰離子電池放電時Ｌｉ＋由負極材料脫出，經(jīng)內(nèi)電逡逑路流向正極，電子由外電路從負極流向正極，充電時Ｕ＋和電子的運動方向與放逡逑電時相反，Ｕ＋在正負極之間來回穿梭運動，形成搖椅式電池。逡逑近年來，由于以傳統(tǒng)能源為主的汽車廣泛普及使得環(huán)境污染加重，全球各地‘逡逑區(qū)對綠色環(huán)保型能源如鋰離子電池的需求日益增加，目前特斯拉、比亞迪等汽車逡逑巨擘公司己成功研發(fā)出純電動汽車，但是仍存在諸如充電時間長、續(xù)航里程短等逡逑問題，因此若想用鋰離子電池完全取代傳統(tǒng)能源，必須研發(fā)具有更高容量、安全逡逑性更高的鋰離子電池［２－４］。逡逑ｅｊ￣￣Ｉ？逡逑（ＳｙｕＭｉ逡逑！Ｌ邋ＳＩ逡逑Ｕ邋１＾１逡逑Ａｎｏｄｅ邐Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ邐Ｃａｔｈｏｄｅ逡逑（ｇｒａｐｈｉｔｅ）邐（ＵＣ0０２）逡逑‘邋－邋＾逡逑圖１．１鋰離子電池的原理示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ逡逑ｌ．ｎ鋰離子電池正極材料發(fā)展簡介逡逑如圖１．２所示為商業(yè)化的鋰離子電池正極材料。其中鉆酸鋰（ＵＣｏＣｈ）正極逡逑材料因其理論比容量高為２７４邋ｍＡｈ邋ｇ－１，工藝性能優(yōu)良，壓實密度高等優(yōu)異性能逡逑１逡逑

潮汐能、化學(xué)能源等的任務(wù)已迫在眉睫。其中，化學(xué)能源中的鋰離子電池具有比逡逑能量高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長等優(yōu)點己經(jīng)在便攜性電子設(shè)備、儲能設(shè)備中取逡逑得了廣泛應(yīng)用［１］。如圖１．１所示：鋰離子電池放電時Ｌｉ＋由負極材料脫出，經(jīng)內(nèi)電逡逑路流向正極，電子由外電路從負極流向正極，充電時Ｕ＋和電子的運動方向與放逡逑電時相反，Ｕ＋在正負極之間來回穿梭運動，形成搖椅式電池。逡逑近年來，由于以傳統(tǒng)能源為主的汽車廣泛普及使得環(huán)境污染加重，全球各地‘逡逑區(qū)對綠色環(huán)保型能源如鋰離子電池的需求日益增加，目前特斯拉、比亞迪等汽車逡逑巨擘公司己成功研發(fā)出純電動汽車，但是仍存在諸如充電時間長、續(xù)航里程短等逡逑問題，因此若想用鋰離子電池完全取代傳統(tǒng)能源，必須研發(fā)具有更高容量、安全逡逑性更高的鋰離子電池［２－４］。逡逑ｅｊ￣￣Ｉ？逡逑（ＳｙｕＭｉ逡逑！Ｌ邋ＳＩ逡逑Ｕ邋１＾１逡逑Ａｎｏｄｅ邐Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ邐Ｃａｔｈｏｄｅ逡逑（ｇｒａｐｈｉｔｅ）邐（ＵＣ0０２）逡逑‘邋－邋＾逡逑圖１．１鋰離子電池的原理示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ逡逑ｌ．ｎ鋰離子電池正極材料發(fā)展簡介逡逑如圖１．２所示為商業(yè)化的鋰離子電池正極材料。其中鉆酸鋰（ＵＣｏＣｈ）正極逡逑材料因其理論比容量高為２７４邋ｍＡｈ邋ｇ－１，工藝性能優(yōu)良，壓實密度高等優(yōu)異性能逡逑１逡逑

１．１．２鋰離子電池負極材料發(fā)展簡介逡逑鋰離子電池負極材料應(yīng)該具有低的嵌脫鋰氧化還原電位、可逆容量大、結(jié)構(gòu)逡逑穩(wěn)定性好等特征［２２＿２３］。如圖１．３所示為目前商業(yè)化的負極材料。石墨類負極材料逡逑中的天然石墨材料價格便宜，但是其表面活性不均勻，不利于形成穩(wěn)定均一的固逡逑體電解質(zhì)界面膜，因此往往需要用表面修飾和包覆等方法對天然石墨改性。中間逡逑相碳微球ＭＣＭＢ等人造石墨材料，其表面反應(yīng)活性均一，利于形成穩(wěn)定的ＳＥＩ逡逑膜，但是其價格與天然石墨相比比較昂貴。逡逑除石墨類負極材料外，有一類結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定的負極材料一一鈦酸鋰。電池循逡逑環(huán)過程中，鈦酸鋰體積變化很小，有利于實現(xiàn)鋰離子電池高的循環(huán)穩(wěn)定性。但是，逡逑鈦酸鋰的倍率性能較差，因此需用離子摻雜，顆粒包覆等方法改善其倍率性能逡逑［２４－２７］逡逑0逡逑？ｃ邐？？丨0丨處\l逡逑石墨

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 薛宇宙;李世友;崔孝玲;凈潔;齊曉輝;;砜類有機溶劑在鋰離子電池中的應(yīng)用研究進展[J];化工新型材料;2015年08期

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3 羅飛;褚賡;黃杰;孫洋;李泓;;鋰離子電池基礎(chǔ)科學(xué)問題(Ⅷ)——負極材料[J];儲能科學(xué)與技術(shù);2014年02期

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本文編號：2759457