环丁砜对LiBOB基电解液成膜过程影响模型的构建及应用

发布时间：2020-06-09 17:10

【摘要】：人类对于能源的需求与日俱增,高性能锂离子电池作为一种理想的能量转换装置,成为目前能源领域的研究热点。电解液作为锂离子电池的重要组成部分,决定了电池的工作电压、安全性能等,因此开发具有优良性能的电解液体系是目前升电池性能的重要路径。已有的研究结果表明,当固态电解质界面(SEI)膜中含有种类适当的适量含硫组分时,界面上的锂离子电导率、热力学稳定性均会得到显著改善。因此,基于对含硫溶剂对界面成膜过程影响机理研究,构建溶剂性质与电池性能之间的关联模型对今后锂离子电池电解液的研发具有重大的实际意义。本文对比了引入环丁砜(SL)前后,双草酸硼酸锂(Li BOB)基电解液与基于中间相碳微球(MCMB)的负电极的相容性,发现在SL存在时Li/MCMB半电池性能得到较大的升,并通过基础电化学测试表征结果推测该性能升主要源于SL对SEI膜性质的改善。本文在此发现的基础上,首先通过基础电池性能测试,通过将主反应物发生明显化学反应处的电压设为电极反应节点,从而把复杂的电极过程分为多个简单阶段来研究。通过跟踪研究环丁砜在电极界面的反应历程、环丁砜的引入对硼基锂盐反应成膜过程及膜性质的影响、膜性质对电池性能的影响,从成分和形貌两个方面揭示充放电过程中界面膜形成的具体历程,并揭示电解液中各组分,特别是环丁砜在成膜过程中对成膜过程的的影响及影响机理。此外,本文基于以上研究结果,分析了由于在电场力的作用下,环丁砜对电池预成膜过程的影响。研究认为,环丁砜因具有较高的极性,因此,在电场力作用下会在电极表面聚集,形成双电层结构,导致近电极表面环丁砜的量增多,进而使Li BOB在该区域内的浓度低于其在相同位置未添加环丁砜的电解液中的浓度,即减少了反应物的量,削弱了反应强度,抑制了Li BOB的过度分解。以上结果证明了电解液溶剂组分分子的极性和化学性质都可以影响Li BOB基电解液成膜性质,进而影响电池性能。根据本文所构建SL性质与电池性能间关联模型可知,Li BOB作为一种具有优良综合性质的锂盐,在今后的商业应用过程中可选择匹配具有较高极性的含硫溶剂,弥补该盐自身缺点,高电池性能。
【图文】：

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图 3.1 S1 和 S2 电解液用于 Li/MCMB 半电池次充放电曲线3.1 The initial charge and discharge curves of Li/MCMB cells with Sample 1 an2 electrolytes,究首先通过对比基于不含 SL 的电解液（S1）和含有 SL 的电解液（MB 半电池（后简称 S1 电池和 S2 电池）充放电曲线，研究两种不的基础性能，进而初步探究 SL 对电池充放电过程的影响。图 3.1 所示，，S1 电池与 S2 电池在 1.75 V 左右和 0.05 V 左右均存在台。其中，S1 电池在 1.75 V 处的放电平台占比（相对于首次放电过，相对而言，S2 电池 1.75 V 平台占比约 15%，即 S1 电池在 1.75平台在放电过程中占比比 S2 电池高，这意味着 S1 电解液在该电解强度要高于 S2 电解液。对比 S1 与 S2 电解液成分可知，在 SL，电解液在 1.75 V 电位处的分解量将有显著的减小。根据前期工作可知，1.75 V 电压平台对应为 LiBOB 的还原分解过程[122]。因此，

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环丁砜对 LiBOB 基电解液成膜过程影响模型的构建及应用电解液的组分可知，SL 的加入可以减小 LiBOB 在高定程度上降低了首次放电过程中预成的 SEI 膜厚度。分解产物在电极表面沉积所形成的固态电解质界面（S的缺点。因此，抑制 LiBOB 在高电位处的过度分解成度，降低电极界面阻抗，高电池性能。同时，根据SL 的引入可以使电极表面在高电压下形成一层更为有酸酯溶剂在低电位下的分解。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM912

【参考文献】