【摘要】：鋰離子電池已在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中廣泛使用,并且可能占據(jù)電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能系統(tǒng)等大規(guī)模應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。然而,人們對(duì)更高能量密度的鋰離子電池的渴求依然強(qiáng)烈。增大鋰離子電池能量密度的一種方法便是提高正極材料(如LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiCoO2)的充電截止電壓。然而,高電壓下(≥4.4Vvs.Li/Li+)電解液的不斷分解和過(guò)渡金屬的溶出極大限制了它的進(jìn)一步發(fā)展。針對(duì)這些問(wèn)題,本文分別從電解液添加劑和溶劑這兩個(gè)角度出發(fā),通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和理論計(jì)算,找到了一種理想的高電壓添加劑和高電壓混合溶劑,并顯著提升了 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和LiCoO2材料在高電壓下的電化學(xué)性能。研究?jī)?nèi)容主要包括以下兩個(gè)方面:在第三章中,我們采取了一種全新的添加劑篩選策略—通過(guò)理解不同官能團(tuán)對(duì)電化學(xué)性能的影響來(lái)選擇想要的官能團(tuán)。我們選擇了含有硅氮鍵、二乙基和三甲硅基的N,N-二乙基氨基三甲基硅烷(DEATMS)作為“雙功能”添加劑,發(fā)現(xiàn)它不僅能消除電解液中的H2O并中和其中的HF,還能提高石墨/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2電池在高電壓下(4.5 Vvs.Li/Li+)或高溫下(55℃)的性能。往電解液中加入2%的DEATMS后,即使往電解液中加入2000 ppm的H2O并在550C下儲(chǔ)存6天,依然檢測(cè)不到任何LiPF6的水解產(chǎn)物;同時(shí),含有DEATMS的石墨/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2電池循環(huán)100圈的性能明顯優(yōu)于對(duì)照樣(高電壓:85.5%vs.72.0%;高溫:81.2%vs.70.6%)。正是DEATMS在正極表面的優(yōu)先氧化并參與成膜,很好地阻隔了電解液和正極的直接接觸從而極大改善電池性能。非原位表面分析表明,DEATMS參與形成的SEI膜很好地抑制了電解液的分解和Mn的溶出。在第四章中,我們基于理論計(jì)算的指導(dǎo)并結(jié)合不同溶劑的優(yōu)點(diǎn),制備了一種新型高電壓電解液。我們選擇抗氧化且抗還原的氟代乙丙醚(HFE)、抗氧化且負(fù)極成膜性能優(yōu)良的氟代碳酸乙烯酯(FEC)、在正極優(yōu)先氧化并參與正極成膜的二甲基砜(MSM)和低黏度的碳酸二甲酯(DMC)作為溶劑,發(fā)現(xiàn)由它們制成的電解液不但能極大提升Li/LiCo02電池在4.45 V和4.55 V下的循環(huán)性能,而且與石墨負(fù)極良好兼容。同時(shí),它對(duì)于電池的安全性能也有一定提升,不僅延緩其主放熱峰的出峰溫度,還能顯著降低其最大熱流值。
【學(xué)位授予單位】：廈門(mén)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM912
【圖文】：

可循環(huán)充放的二次電池作為一種清潔高效的能源轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存體系而備受關(guān)逡逑注。常見(jiàn)的二次電池包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，其能逡逑量密度對(duì)比如圖１．１所示。其中，鋰離子電池因其工作電壓高、能量密度大、循逡逑環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低等優(yōu)勢(shì)而備受青睞［１－３］。目前，消費(fèi)品鋰離子電池己廣泛運(yùn)逡逑用于可移動(dòng)電子產(chǎn)品中，動(dòng)力鋰離子電池作為電動(dòng)汽車(chē)的心臟也正引領(lǐng)著全球電逡逑動(dòng)汽車(chē)蓬勃發(fā)展的浪潮。但是，鋰離子電池現(xiàn)有的能量密度和安全性還無(wú)法滿足逡逑人們對(duì)續(xù)航能力日益增長(zhǎng)的需求。因此，提高電池的工作電壓從而提高電池能量逡逑密度并開(kāi)發(fā)高電壓下適配的電解液體系，對(duì)于鋰離子電池的進(jìn)一步發(fā)展具有重大逡逑意義。逡逑＜００「ｔ逡逑Ｉ邋３００邋ｉ邋ｒＬｒｓＪ逡逑Ｌｉｇｈｔｅｒ邋ｗｅｋｊｈｔ邋邋？逡逑０逡逑０邐５０邐１００邐１５０邐２００邐２５０逡逑Ｅｎｅｒｇｙ邋ｄｅｎｓｉｔ

１．２．２鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及工作原理逡逑鋰離子電池的主要組分包括正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)和外包裝。鋰離子電逡逑池充放電原理如圖１．２所示（以ＬｉＣ0０２為正極，石墨為負(fù)極），其電極反應(yīng)如逡逑下：（向右均為充電，向左均為放電）逡逑２逡逑

ｓ．邐ｊ逡逑圖１．２鋰離子電池的充放電原理示意圖Ｍ逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｃｈａｒｇｅ／ｄｉｓｃｈａｒｇｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｌｉ－ｉｏｎ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ．逡逑１．２．３鋰離子電池的特點(diǎn)逡逑與其它二次電池相比，鋰離子電池的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)［６］：逡逑（１）工作電壓高。一般在３．６Ｖ左右，有的高達(dá)４Ｖ以上，是鉛酸電池的２逡逑倍，鎳氫、鎳鎘電池的３倍：逡逑（２）能量密度大。和普通二次電池相比，鋰離子電池在質(zhì)量比能量和體積逡逑３逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2793502