鋰鹽是影響鋰電池電解質(zhì)和電極性能的關鍵因素。開發(fā)穩(wěn)定性好、有機溶劑中溶解度高、離子電導率高、易于制備且環(huán)保無毒的新型鋰鹽,對延長鋰電池的使用壽命和提高其充放電比容量具有至關重要的意義。草酸二氟硼酸鋰(LiODFB)和雙氟磺酰亞胺鹽(Li FSI)因其良好的電化學性能和高低溫性能,高分解溫度和分解電位以及安全穩(wěn)定性等優(yōu)點,在眾多新型鋰鹽中脫穎而出,成為最有望取代商用六氟磷酸鋰(LiPF_6)的電解質(zhì)鋰鹽。此外,鋰鹽的濃度也直接影響鋰電池性能,高濃度鋰鹽鋰電池由于在充放電循環(huán)過程中能夠提供足夠的鋰離子,避免鋰枝晶的形成,為鋰金屬二次電池的發(fā)展提供了嶄新的研究思路。本文提出了兩種新型高濃度電解質(zhì)體系4M LiODFB-DME和4M LiFSI+LiODFB-DME。將4M Li ODFB-DME電解質(zhì)運用在鋰二次電池上,通過與商用LiPF_6電解質(zhì)所進行的對比實驗,研究其與鋰金屬負極和LiFePO_4正極材料的相容性問題,包括室溫和高溫條件下,其對正極電化學性能的改善。隨后討論了混合鋰鹽LiODFB-LiFSI在抑制鋁集流體腐蝕和改善Li FePO_4鋰電池性能方面的應用。通過組裝Li/Cu、Li/Li/、Li/Al和Li/LiFePO_4紐扣電池,采用恒流充放電測試、倍率測試、循環(huán)伏安法和阻抗測試等電化學性能表征手段,研究新型電解質(zhì)對鋰電池電化學性能的影響。利用掃描電子顯微鏡(FEI Q600,美國)表征銅箔表面鋰沉積形貌、正極材料和鋁箔的表面形貌。采用X射線電子能譜(K-Alpha,美國)分析SEI膜表面成分,分析可能的功能機制。利用熱重分析儀(TGA/DSC3+,中國)測試電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性。獲得了如下研究結(jié)論:(1)采用新型4M LiODFB-DME電解質(zhì),將Li沉積在銅箔上,1.5小時后其表面呈現(xiàn)光滑的固體顆粒形態(tài),未觀察到任何樹枝狀晶體,不會刺透隔膜引起正負極短路;50次循環(huán)后,4M LiODFB-DME電解質(zhì)中Li/Cu紐扣電池的庫倫效率達到95.2%;Li/Li電池可以在1mA/cm~2下循環(huán)超過3000小時;Li/LiFePO_4電池在采用該高濃度電解質(zhì)條件下表現(xiàn)出良好的電化學性能,可以達到和1M LiPF_6電解質(zhì)相同的水平。同時在65℃高溫下,Li/Li FePO_4電池表現(xiàn)出良好的容量保持率(92.5%),遠高于1M LiPF_6電解質(zhì)(79.2%)的容量保持率。(2)采用4M Li FSI+LiODFB-DME電解質(zhì)時,研究發(fā)現(xiàn)該高濃度混合電解質(zhì)可以有效地抑制鋁箔腐蝕。該電解質(zhì)與正極材料LiFePO_4、Li(NiCoMn)O_2均表現(xiàn)出良好的相容性,且具有優(yōu)異的電化學可逆性。用于Li/LiFePO_4電池時,同樣具有良好的電化學性能,在1C的恒電流密度下,250次循環(huán)后,比容量保持率高達96.8%,且倍率性能優(yōu)異。(3)高濃度LiODFB電解質(zhì)有望代替LiPF_6電解質(zhì),從而推動鋰金屬二次電池的發(fā)展。高濃度混合鋰鹽電解質(zhì)較單鹽電解質(zhì)而言,可改善LiFePO_4基鋰電池的電化學性能。
【學位單位】：西安建筑科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM912
【部分圖文】：

圖 1.1 工作機理示意圖（a）鋰離子電池；（b）鋰金屬電池；（c）枝晶的典型形態(tài)以及與枝晶和低庫侖效率有關的主要問題[13]Fig. 1.1 Schematic diagram of (a) Li ion batteries; (b) Li metal batteries; (c) the typical morphologyof Li dendrites and the main problems related to dendrites and low Coulombic efficiency[13]1.2.3 鋰電池組成鋰電池由正負極材料、隔膜及電解液這幾個主要部分組成。下面將從這幾個方面對鋰離子電池材料做出介紹：（1）正極材料作為電池中鋰離子的提供者，理想的正極材料應具備以下特點：包含極易氧化還原的離子，如過渡金屬離子；能快速可逆的脫嵌鋰離子；較高的離子電導率和電子電導率；較大的吉布斯自由能；良好的熱穩(wěn)定性；原料綠色環(huán)保無污染，且成本較低。最早研究較多的正極活性材料是鋰的過渡金屬化合物 LiMO2(M 代表過渡金

圖 1.2 LiODFB，LiBOB 和 LiBF4的分子結(jié)構Fig. 1.2 The molecular structures of LiODFB, LiBOB and LiBF4圖 1.3 顯示了 LiBF4，LiODFB 和 LiBOB 的熱穩(wěn)定性。LiODFB 的熱分解發(fā) 240℃，這是三種鹽中最低的溫度，但仍比 LiPF6鹽高 40℃。Zhang 發(fā)現(xiàn) LiOD電解液能夠像 LiBOB 一樣在高電壓下鈍化鋁集流體，這歸因于 Al3+和 B-O 分分通過化學結(jié)合在鋁表面上形成的致密保護層�；� LiODFB 的電解質(zhì)優(yōu)點括為以下幾點： 在銅負極集流體表面上支持金屬鋰的可逆循環(huán)的能力； 在勢下鈍化鋁集流體的能力； 參與 SEI 的形成并支持鋰離子電池在高溫下穩(wěn)定； 提高電池安全保護和過充電容量的能力。

圖 1.2 LiODFB，LiBOB 和 LiBF4的分子結(jié)構 1.2 The molecular structures of LiODFB, LiBOB and L LiBF4，LiODFB 和 LiBOB 的熱穩(wěn)定性。LiO鹽中最低的溫度，但仍比 LiPF6鹽高 40℃。ZiBOB 一樣在高電壓下鈍化鋁集流體，這歸因在鋁表面上形成的致密保護層�；� LiODF 在銅負極集流體表面上支持金屬鋰的可逆循體的能力； 參與 SEI 的形成并支持鋰離子電全保護和過充電容量的能力。

【參考文獻】

相關碩士學位論文 前1條

1 莫凡;電動汽車行業(yè)：電動汽車需求爆發(fā)對動力鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈投資機會研究[D];西南財經(jīng)大學;2014年

本文編號：2822674