發(fā)布時間：2021-09-28 19:57

　　電解液和正負(fù)極材料構(gòu)成了鋰離子電池,電解液在離子傳輸中扮演著關(guān)鍵角色,因此電解液的種類也決定著鋰離子電池的電化學(xué)性能、安全性能,尤其在低溫情況下。二氧化鈦（TiO₂）具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、循環(huán)穩(wěn)定性及高安全性,是下一代鋰離子電池負(fù)極材料候選之一。本文通過設(shè)計了電解液的組成,制備了優(yōu)化的液態(tài)電解液以及凝膠電解質(zhì),將其分別應(yīng)用在TiO₂負(fù)極和鈦酸鋰負(fù)極上,提升了鋰離子電池的電化學(xué)性能。采用了不同的表征技術(shù)、電化學(xué)分析、模擬與計算等手段對鈦氧化物作為負(fù)極材料的鋰離子電池的電解液進(jìn)行了優(yōu)化研究,其主要研究內(nèi)容如下:通過水熱法和熱處理制備了碳摻雜的TiO₂（B）/石墨烯納米復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料。選用了EMC、EC、PC作為電解液的有機(jī)溶劑,LiBF₄作為鋰鹽。調(diào)節(jié)EMC和EC在電解液中的比例,制備出6種不同EMC/EC比例的電解液,并研究不同電解液在-20℃的電化學(xué)性能,電化學(xué)結(jié)果和模擬計算表明:電解液中EMC:EC:PC為7:2:1時,使用此電解液的TiO₂（B）/graph... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池原理

第1章緒論-5-高的環(huán)狀碳酸酯與粘度和介電常數(shù)較低的鏈狀碳酸酯混合使用來改善電解液的性質(zhì)。常用的粘度、熔點較低的鏈狀碳酸酯類溶劑有DMC、DEC、EMC等。這些可降低含環(huán)狀碳酸酯電解液的粘度和熔點，是電解液中很好的共溶劑。圖1-2常用的幾種有機(jī)溶劑的分子結(jié)構(gòu)圖1.3.2電解液鋰鹽鋰鹽是電解液的重要組成部分，在相同溶劑中具有不同鋰鹽的電解液表現(xiàn)出不同的離子電導(dǎo)率。常用的電解質(zhì)鹽有六氟磷酸鋰（LiPF6）、六氟合砷酸鋰（LiAsF6）、高氯酸鋰（LiClO4）和四氟硼酸鋰（LiBF4）等。圖1-3是常見的幾種電解質(zhì)鹽的結(jié)構(gòu)圖[21]。在這些鋰鹽中，LiPF6廉價、安全、電化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，對于Cu、Al集流體沒有腐蝕作用，其分解窗口高達(dá)5.1V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電池的工作電壓[22]。廢棄電池的處理工藝簡單，且對環(huán)境友好。因其良好的綜合性能而成為鋰離子電池中使用最廣泛的電解質(zhì)鹽。但LiPF6的熱穩(wěn)定性能和水解穩(wěn)定性能較差[23]。電解液中，陰離子PF6-存在平衡反應(yīng)[24]：LiPF6=LiF+PF5（1-3）PF5是一種易于和有機(jī)溶劑反應(yīng)的強(qiáng)路易斯酸，從而使得平衡向右移動。當(dāng)溫度較高時，該平衡會向右加速移動。同時LiPF6容易水解生成HF從而破壞SEI膜的穩(wěn)定[25,26]。反應(yīng)方程式如下：LiPF6+H2O=LiF+HF+POF3（1-4）PF5+H2O=LiF+HF+POF3（1-5）

燕山大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-6-LiBF4的電化學(xué)穩(wěn)定性低于LiPF6，單獨使用時不能在石墨負(fù)極上形成穩(wěn)定的SEI膜，成膜性差，因此在常溫電解液中的應(yīng)用較少，但由于LiBF4的陰離子半徑小，容易締合，其具有更好的熱穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性，低溫時電荷轉(zhuǎn)移電阻小，因此適合低溫環(huán)境以及高倍率放電[21,27]。使用LiClO4鹽的鋰離子電池具有較差的高低溫電化學(xué)性能，而且LiClO4本身是一種強(qiáng)氧化劑，受到撞擊后容易爆炸，安全性能較差，不適合鋰離子電池的工業(yè)化生產(chǎn)。圖1-3常見幾種電解質(zhì)鹽的結(jié)構(gòu)圖1.3.3電解液添加劑為了改善鋰離子電池的某些性能，將電解液中添加少許的某些物質(zhì)。這些少量的物質(zhì)被稱為電解液添加劑。添加劑種類繁多，對于鋰離子電池不同的性能、用途要求，所選擇添加的電解液添加劑的種類也存在差異[28]。目前，電解液添加劑按功能分類主要有以下幾種：1.改善SEI膜的性能。2.提高電解液的電導(dǎo)率。3.改善電解液熱穩(wěn)定性。4.提高鋰離子電池的低溫性能。5.改善電池的安全性能。電解液中添加少量的Li2CO3添加劑，可以改善SEI膜的性能，從而防止石墨電極的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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