【摘要】：近年來,能源和環(huán)境的問題日益突出,為了保護和改善我們的生存環(huán)境,政府著重推進新能源行業(yè),特別是新能源汽車行業(yè)的發(fā)展。這就對新能源電動汽車的核心技術-電池技術,尤其是鋰離子電池的性能提出了更高的要求。鋰離子電池在電極/電解液界面形成的固體電解質相界面膜對電池的主要性能(循環(huán)性能、安全性能和不可逆容量等)有著關鍵性的影響。選擇合適的電解液成膜添加劑,促進電極表面形成能夠提高鋰離子電池性能的SEI膜是改善電池性能最簡單、經濟的手段之一。本文提出將TBHQ,BHT和茶多酚(TP)等抗氧化劑用作鋰電池反應型成膜添加劑,深入研究了其對鋰電池石墨電極電化學性能的影響機理,為豐富反應型成膜添加劑種類和理解其理論意義做出了一定的貢獻。本文同時對石墨電極片的厚度對其電化學阻抗譜(EIS)特征的影響進行探究,并嘗試對其機制進行理論解釋。測試手段包括充放電測試、循環(huán)伏安法、電化學阻抗譜、掃描電子顯微鏡等,實驗主要內容和結論如下:(1)模擬結果表明:在電極片較薄時,中頻區(qū)的與鋰離子在多孔電極孔隙中傳輸過程相關的斜線并不明顯,隨著電極片厚度的增大,中頻區(qū)逐漸出現一條明顯的斜線,實驗結果與此能很好地吻合。因此可得出,石墨電極在3.0 V~1.0V電位區(qū)間出現的中頻區(qū)域斜線與電極片的厚度相關,即可歸因于鋰離子在多孔電極中的運輸過程。(2)在空白電解液中添加抗氧化劑TBHQ可以顯著改善鋰電池石墨電極的電化學性能,因此其可以成為一種新型的反應型成膜添加劑。CV結果表明,TBHQ在含量較低時在首次嵌鋰的整個電位范圍內并沒有先于溶劑分子在電極界面發(fā)生還原分解的過程,這與反應型添加劑理論相符。充放電結果顯示,石墨電極在添加0.1 wt%TBHQ的電解液中的100周后容量保持率可以達到96.4%,充電容量為342.6 mAh·g-1明顯高于在空白電解液中的95.4%,303.4 mAh·g-1。EIS和SEM結果揭示了在添加0.1 wt%TBHQ的電解液中石墨電極表面形成的SEI膜與空白電解液中相比更加的薄、光滑和致密。(3)在1 mol·L-1 LiPF6-EC+DEC+DMC電解液中分別添加5 wt%、10 wt%以及15 wt%的抗氧化劑BHT對鋰電池石墨電極會產生了一定的消極影響,抗氧化劑BHT并不適合作為一種添加劑應用于鋰離子電池體系中。CV結果顯示,抗氧化劑BHT的添加對電解液的還原分解在產生了一定程度上的抑制。充放電結果顯示,在添加BHT的電解液中石墨電極的充放電容量有所衰減,但隨著添加劑含量的增加其容量保持率從84.4%(5 wt%BHT)提高到94%(15 wt%BHT)。電化學阻抗譜的測試結果表明,BHT的添加雖然可以穩(wěn)定SEI膜,但其形成的SEI膜阻值過大(0.7 V時增加了74.5%),不利于鋰離子的嵌入和脫出。(4)在EC基電解液中添加飽和的抗氧化劑茶多酚(TP)可以明顯改善石墨電極的電化學性能,其有可能作為一種反應型成膜添加劑應用于鋰離子電池中。CV測試結果符合反應型成膜添加劑的原理。充放電結果顯示,TP作為添加劑的添加可以大幅度的提高充放電的容量并保持著較好的循環(huán)性能,50周后容量保持率可以達到99.1%,充電容量為331 mAh·g-1明顯高于空白電解液中315 mAh·g-1。EIS測試和SEM結果顯示,TP的添加可以降低石墨電極的SEI膜阻抗(0.7 V時減少了54.1%),并形成較薄且韌性較好的SEI膜,這也是TP可以顯著提高石墨電極電化學性能的原因。
【圖文】：

/ EC、DEC 和 DMC 等組成的有機溶劑體系。常規(guī)鋰離子電池工作原理模型圖如圖 1-1 所示。圖1-1 常規(guī)鋰離子電池工作原理Fig. 1-1 Principle diagram of LIBs

碩士學位論文4圖1-2 層狀LiCoO2（a）和尖晶石型LiMn2O4（b）的結構示意圖Fig. 1-2 Structures of layered LiCoO2(a) and spinel LiMn2O4(b)Mn，V，，Ni，Co）[25-27]等。層狀氧化物 LiMO2（M=Co、Ni、Mn）及其衍生物，多具有 -NaFeO2層狀結構（空間點群為 R3m），其代表化合物為 LiCoO2和 LiNiO2。特別是層狀 LiCoO2是最早商品化的鋰離子電池的正極材料，早在 1980 年，Goodenough 等[28]就報道了具有可逆儲鋰功能的 LiCoO2
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM912;O646

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本文編號：2576192