電解液是鋰離子電池的重要組成部分之一,通過使用鋰離子電池電解液添加劑來改善電池的性能被認為是一種經(jīng)濟又有效的方法,鋰離子電池在低溫以及高電位下的電化學性能也有望通過使用電解液添加劑加以改善。本論文的研究主要包括了兩個部分,第一部分研究了三種含硫添加劑對鋰離子電池低溫電化學性能的影響,第二部分研究了兩種腈類添加劑對NCM811材料電化學性能的影響。本文比較了三種具有不同含硫官能團的添加劑DTD（ethylene sulfate）,1,3-PS（1,3-propane sultone）和ES（ethylene sulfite）對人造石墨負極和高壓鈷酸鋰正極低溫性能的影響,結(jié)果表明限制鋰離子電池低溫性能的主要因素在于負極。DFT（密度泛函理論）計算,循環(huán)伏安法（CV）,掃描電子顯微鏡（SEM）,傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和電化學測試結(jié)果表明三種含硫添加劑均可在人造石墨負極表面參與成膜。三電極循環(huán)結(jié)果表明DTD對石墨負極低溫性能改善最為明顯,在-15℃下,DTD組電池在50圈循環(huán)后仍然具有最高的111mAh/g的比容量,1,3-PS對石墨負極的低溫性能造成不利影響,而ES則沒有明顯作用。電... 

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 鋰離子電池概述
        1.1.1 鋰離子電池發(fā)展歷程
        1.1.2 鋰離子電池的工作原理
    1.2 鋰離子電池基本組成
        1.2.1 鋰離子電池正極材料
        1.2.2 鋰離子電池負極材料
        1.2.3 鋰離子電池電解液
            1.2.3.1 有機溶劑
            1.2.3.2 鋰鹽
            1.2.3.3 鋰離子電池電解液添加劑
                1.2.3.3.1 成膜添加劑
                1.2.3.3.2 其他功能型添加劑
    1.3 SEI膜和CEI膜的簡介
    1.4 本論文的主要內(nèi)容和研究內(nèi)容
    參考文獻
第二章 實驗與儀器方法
    2.1 主要化學試劑和設(shè)備
    2.2 電池的組裝與拆卸
        2.2.1 電解液溶劑、添加劑除水
        2.2.2 電解液的配置
        2.2.3 電極的制備
        2.2.4 電池的組裝和拆卸
    2.3 儀器和方法
        2.3.1 線性掃描伏安法和循環(huán)伏安法
        2.3.2 充放電測試
        2.3.3 電化學交流阻抗法
        2.3.4 掃描電子顯微鏡技術(shù)(SEM)
        2.3.5 傅里葉變換紅外光譜(FTIR)
        2.3.6 Raman光譜分析
        2.3.7 XPS分析
        2.3.8 理論計算
    參考文獻
第三章 含硫添加劑對鋰離子電池低溫性能的影響
    3.1 引言
    3.2 電導(dǎo)率測試
    3.3 氧化還原穩(wěn)定性
        3.3.1 前線分子軌道理論
        3.3.2 溶劑以及添加劑分子的理論計算
    3.4 石墨負極低溫電化學性能
        3.4.1 石墨負極的常溫循環(huán)伏安和首次充放電實驗
        3.4.2 石墨負極在低溫下的充電(脫鋰)研究
        3.4.3 石墨負極在低溫下的放電(嵌鋰)研究
        3.4.4 電化學交流阻抗(EIS)結(jié)果分析
        3.4.5 低溫下的石墨負極倍率性能
        3.4.6 兩電極體系石墨負極低溫循環(huán)性能研究
        3.4.7 三電極體系石墨負極低溫循環(huán)性能研究
    3.5 石墨負極表面固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)分析
        3.5.1 掃描電鏡(SEM)圖
        3.5.2 拉曼與紅外譜圖
        3.5.3 X射線光電子能譜(XPS)分析
    3.6 鈷酸鋰正極低溫電化學性能
        3.6.1 不同電解液的線性掃描曲線(LSV)及鈷酸鋰電池首圈電化學曲線
        3.6.2 鈷酸鋰正極在不同溫度下的充電(脫鋰)研究
        3.6.3 鈷酸鋰正極在不同溫度下的放電(嵌鋰)研究
        3.6.4 添加劑對鈷酸鋰正極低溫循環(huán)性能的影響
        3.6.5 鈷酸鋰正極表面XPS分析
        3.6.6 正負極表面XPS對比分析
    3.7 本章小結(jié)
    參考文獻
第四章 腈類添加劑對高鎳三元材料電化學性能的影響
    4.1 引言
    4.2 SUN及SN對電解液氧化穩(wěn)定性的影響
        4.2.1 添加劑分子的理論計算
        4.2.2 線性掃描伏安特性研究
        4.2.3 電位階躍特性研究
    4.3 SUN及SN添加劑對NCM811電化學性能的影響
        4.3.1 首圈充放電曲線和CV曲線
        4.3.2 循環(huán)性能
    4.4 SUN及SN對NCM811表面CEI膜的影響
        4.4.1 NCM811電極表面形貌分析-SEM
        4.4.2 NCM811電極表面阻抗分析-EIS
        4.4.3 NCM811電極表面組分分析-XPS
    4.5 SUN與鋰的兼容性研究
    4.6 SUN以及SN的作用機理猜測
    4.7 本章小結(jié)
    參考文獻
第五章 總結(jié)與展望
攻讀碩士期間發(fā)表的文章
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋰離子電池非水電解液導(dǎo)電添加劑[J]. 李凱,林燕美,林華,郭藝容,陳碧桑,林珩,陳國良,鄭子山.  漳州師范學院學報(自然科學版). 2010(03)
[2]鋰離子電池界面膜形成功能分子的研究現(xiàn)狀[J]. 許夢清,邢麗丹,李偉善.  化學進展. 2009(10)
[3]鋰蓄電池有機電解液添加劑研究進展[J]. 許杰,王周成,楊勇.  電源技術(shù). 2008(11)
[4]鋰離子電池低溫電解液的研究進展[J]. 張國慶,馬莉,倪佩,劉元剛.  化工進展. 2008(02)
[5]鉀鹽添加劑改善天然石墨負極的嵌脫鋰性質(zhì)[J]. 鄭洪河,王顯軍,李苞,常照榮.  無機材料學報. 2006(05)

博士論文
[1]鋰離子電池電極界面特性研究[D]. 莊全超.廈門大學 2007



本文編號：3725264