痕量水对电解液及电池性能影响的研究
发布时间：2021-05-22 21:12
目前,从电子通信到交通运输,锂离子电池的使用越来越广泛,人们对其能量密度、功率密度、安全性和循环寿命等方面的要求也越来越苛刻。电解液中杂质是导致锂离子电池容量衰减的重要原因之一。水分作为最常见的一种杂质,容易引起电解质锂盐的水解,进一步增大电池阻抗、减小电压平台、破坏固体电解质界面膜结构、带来安全隐患,是锂离子电池生产过程中必须严格控制的指标。因此,探究电解液中痕量水对电池性能的破坏机理为目前研究的重点。研究了痕量水对电解质锂盐和电解液的影响,主要研究内容如下:第一,以双草酸硼酸锂（LiBOB）为研究对象,研究其储存在不同湿度环境下物化性质的变化。结果表明,在较高的相对湿度下储存的LiBOB质量增加的速度较快,但是最终却达到了相同的恒重,即在不同湿度下LiBOB具有类似的吸水阶段。质量增加的同时LiBOB会发生水解反应,且水分以吸附水和结晶水的形式存在。研究发现,LiBOB暴露在潮湿环境中,水解反应和吸附水的形成持续发生,在暴露过程后期有结晶水的生成,首先形成一水合物LiBOB·H2O,然后依次转变为稳定的二水合物LiBOB·2H2O。量子化...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 锂离子电池概述
1.1.1 锂离子电池的发展历程
1.1.2 锂离子电池的结构与工作原理
1.2 锂离子电池电极材料
1.2.1 正极材料研究
1.2.2 负极材料研究
1.3 锂离子电池电解液
1.3.1 电解质锂盐
1.3.2 有机溶剂
1.3.3 添加剂
1.3.4 锂离子的溶剂化状态
1.3.5 固体电解质界面膜
1.4 杂质对电解液性能的影响
1.4.1 电解液中杂质的来源和种类
1.4.2 水对电解液性能的影响
1.5 量子化学在电解液研究中的应用
1.5.1 量子化学在锂盐中的应用
1.5.2 量子化学在溶剂中的应用
1.6 立题依据和研究内容
第2章 实验仪器与方法
2.1 实验药品及分析仪器
2.1.1 实验所需药品和材料
2.1.2 实验仪器
2.2 电极制备及半电池的装配
2.2.1 MCMB负极材料极片的制备
2.2.2 纽扣半电池的组装
2.3 电解液性能测试及表征手段
2.3.1 电解液电导率测试
2.3.2 电解液酸度测试
2.3.3 电解液浊度测试
2.3.4 电化学阻抗测试
2.3.5 热重测试
2.3.6 傅里叶变换衰减全反射红外光谱
2.3.7 X射线光电子能谱测试
2.3.8 扫描电子显微镜测试
2.3.9 核磁共振波谱
2.4 量子化学计算及波函数分析
第3章 痕量水对LiBOB电化学性能的影响
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 不同含水量LiBOB的制备及电解液的配制
3.2.2 测试与表征
3.2.3 DFT计算
3.3 结果与讨论
3.3.1 LiBOB暴露在不同湿度下的吸水曲线分析
3.3.2 ATR-FTIR分析
3.3.3 TG分析
3.3.4 H_2O和 LiBOB的结合形式分析
3.3.5 干燥处理后LiBOB性能研究
3.3.6 电解液电导率和酸度的测定
3.3.7 Li/MCMB半电池的电化学性能测试
3.3.8 Li/MCMB半电池的阻抗测试
3.4 本章小结
第4章 痕量水对LiBOB基电解液电化学性能的影响
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 不同含水量电解液的配制
4.2.2 测试与表征
4.2.3 DFT计算
4.3 结果与讨论
4.3.1 电解液中不溶性杂质成分分析
4.3.2 Li/MCMB半电池的电化学性能测试
4.3.3 H_2O对溶剂的影响
4.3.4 H_2O与EC间的弱相互作用
4.3.5 H_2O与 LiBOB、EC的结合形式
4.3.6 H_2O对溶剂化结构的影响
4.3.7 MCMB电极表面SEI膜形貌分析
4.3.8 MCMB电极表面SEI膜成分分析
4.4 本章小结
结论
展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]Enhanced Roles of Carbon Architectures in High?Performance Lithium?Ion Batteries[J]. Lu Wang,Junwei Han,Debin Kong,Ying Tao,Quan-Hong Yang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[2]锂离子电池正极材料高镍LiNi1-x-yCoxMnyO2研究进展[J]. 刘嘉铭,张英杰,董鹏,李雪,夏书标. 硅酸盐学报. 2016(07)
[3]三元正极材料LixNiyCozMn2-x-y-zO2的研究现状[J]. 王丰,刘成士,曹利娜,张金龙. 电池. 2016(02)
[4]锂离子电池负极材料研究进展[J]. 余志强. 宁波化工. 2014(02)
[5]锂离子电池负极材料的研究现状及研究方向[J]. 黄丽宏,闵忠华,张勤勇. 西华大学学报(自然科学版). 2013(06)
[6]锂离子电池正极材料的研究进展[J]. 王玲,高朋召,李冬云,黄诗婷,肖汉宁. 硅酸盐通报. 2013(01)
[7]量子化学方法在锂离子电池电解液研究中的应用[J]. 杨春巍,吴伯荣,吴锋,张存中. 化学通报. 2010(10)
[8]量子化学在锂离子电池负极SEI膜研究中的应用[J]. 邢丽丹,许梦清,王朝阳,李伟善,袁中直. 电源技术. 2008(10)
[9]锂电池电解质溶液的体积性质研究 I.锂盐+PC+共溶剂[J]. 赵扬,王键吉,岳永魁,轩小朋,卓克垒. 河南师范大学学报(自然科学版). 2002(01)
[10]锂离子电池有机电解液研究[J]. 庄全超,武山,刘文元,陆兆达. 电化学. 2001(04)
本文编号：3201671
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 锂离子电池概述
1.1.1 锂离子电池的发展历程
1.1.2 锂离子电池的结构与工作原理
1.2 锂离子电池电极材料
1.2.1 正极材料研究
1.2.2 负极材料研究
1.3 锂离子电池电解液
1.3.1 电解质锂盐
1.3.2 有机溶剂
1.3.3 添加剂
1.3.4 锂离子的溶剂化状态
1.3.5 固体电解质界面膜
1.4 杂质对电解液性能的影响
1.4.1 电解液中杂质的来源和种类
1.4.2 水对电解液性能的影响
1.5 量子化学在电解液研究中的应用
1.5.1 量子化学在锂盐中的应用
1.5.2 量子化学在溶剂中的应用
1.6 立题依据和研究内容
第2章 实验仪器与方法
2.1 实验药品及分析仪器
2.1.1 实验所需药品和材料
2.1.2 实验仪器
2.2 电极制备及半电池的装配
2.2.1 MCMB负极材料极片的制备
2.2.2 纽扣半电池的组装
2.3 电解液性能测试及表征手段
2.3.1 电解液电导率测试
2.3.2 电解液酸度测试
2.3.3 电解液浊度测试
2.3.4 电化学阻抗测试
2.3.5 热重测试
2.3.6 傅里叶变换衰减全反射红外光谱
2.3.7 X射线光电子能谱测试
2.3.8 扫描电子显微镜测试
2.3.9 核磁共振波谱
2.4 量子化学计算及波函数分析
第3章 痕量水对LiBOB电化学性能的影响
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 不同含水量LiBOB的制备及电解液的配制
3.2.2 测试与表征
3.2.3 DFT计算
3.3 结果与讨论
3.3.1 LiBOB暴露在不同湿度下的吸水曲线分析
3.3.2 ATR-FTIR分析
3.3.3 TG分析
3.3.4 H_2O和 LiBOB的结合形式分析
3.3.5 干燥处理后LiBOB性能研究
3.3.6 电解液电导率和酸度的测定
3.3.7 Li/MCMB半电池的电化学性能测试
3.3.8 Li/MCMB半电池的阻抗测试
3.4 本章小结
第4章 痕量水对LiBOB基电解液电化学性能的影响
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 不同含水量电解液的配制
4.2.2 测试与表征
4.2.3 DFT计算
4.3 结果与讨论
4.3.1 电解液中不溶性杂质成分分析
4.3.2 Li/MCMB半电池的电化学性能测试
4.3.3 H_2O对溶剂的影响
4.3.4 H_2O与EC间的弱相互作用
4.3.5 H_2O与 LiBOB、EC的结合形式
4.3.6 H_2O对溶剂化结构的影响
4.3.7 MCMB电极表面SEI膜形貌分析
4.3.8 MCMB电极表面SEI膜成分分析
4.4 本章小结
结论
展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]Enhanced Roles of Carbon Architectures in High?Performance Lithium?Ion Batteries[J]. Lu Wang,Junwei Han,Debin Kong,Ying Tao,Quan-Hong Yang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[2]锂离子电池正极材料高镍LiNi1-x-yCoxMnyO2研究进展[J]. 刘嘉铭,张英杰,董鹏,李雪,夏书标. 硅酸盐学报. 2016(07)
[3]三元正极材料LixNiyCozMn2-x-y-zO2的研究现状[J]. 王丰,刘成士,曹利娜,张金龙. 电池. 2016(02)
[4]锂离子电池负极材料研究进展[J]. 余志强. 宁波化工. 2014(02)
[5]锂离子电池负极材料的研究现状及研究方向[J]. 黄丽宏,闵忠华,张勤勇. 西华大学学报(自然科学版). 2013(06)
[6]锂离子电池正极材料的研究进展[J]. 王玲,高朋召,李冬云,黄诗婷,肖汉宁. 硅酸盐通报. 2013(01)
[7]量子化学方法在锂离子电池电解液研究中的应用[J]. 杨春巍,吴伯荣,吴锋,张存中. 化学通报. 2010(10)
[8]量子化学在锂离子电池负极SEI膜研究中的应用[J]. 邢丽丹,许梦清,王朝阳,李伟善,袁中直. 电源技术. 2008(10)
[9]锂电池电解质溶液的体积性质研究 I.锂盐+PC+共溶剂[J]. 赵扬,王键吉,岳永魁,轩小朋,卓克垒. 河南师范大学学报(自然科学版). 2002(01)
[10]锂离子电池有机电解液研究[J]. 庄全超,武山,刘文元,陆兆达. 电化学. 2001(04)
本文编号：3201671
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