基于LiODFB和LiFSI锂盐高浓度电解质体系的研究
发布时间：2020-09-19 15:21
锂盐是影响锂电池电解质和电极性能的关键因素。开发稳定性好、有机溶剂中溶解度高、离子电导率高、易于制备且环保无毒的新型锂盐,对延长锂电池的使用寿命和提高其充放电比容量具有至关重要的意义。草酸二氟硼酸锂(LiODFB)和双氟磺酰亚胺盐(Li FSI)因其良好的电化学性能和高低温性能,高分解温度和分解电位以及安全稳定性等优点,在众多新型锂盐中脱颖而出,成为最有望取代商用六氟磷酸锂(LiPF_6)的电解质锂盐。此外,锂盐的浓度也直接影响锂电池性能,高浓度锂盐锂电池由于在充放电循环过程中能够提供足够的锂离子,避免锂枝晶的形成,为锂金属二次电池的发展提供了崭新的研究思路。本文提出了两种新型高浓度电解质体系4M LiODFB-DME和4M LiFSI+LiODFB-DME。将4M Li ODFB-DME电解质运用在锂二次电池上,通过与商用LiPF_6电解质所进行的对比实验,研究其与锂金属负极和LiFePO_4正极材料的相容性问题,包括室温和高温条件下,其对正极电化学性能的改善。随后讨论了混合锂盐LiODFB-LiFSI在抑制铝集流体腐蚀和改善Li FePO_4锂电池性能方面的应用。通过组装Li/Cu、Li/Li/、Li/Al和Li/LiFePO_4纽扣电池,采用恒流充放电测试、倍率测试、循环伏安法和阻抗测试等电化学性能表征手段,研究新型电解质对锂电池电化学性能的影响。利用扫描电子显微镜(FEI Q600,美国)表征铜箔表面锂沉积形貌、正极材料和铝箔的表面形貌。采用X射线电子能谱(K-Alpha,美国)分析SEI膜表面成分,分析可能的功能机制。利用热重分析仪(TGA/DSC3+,中国)测试电解质的热稳定性。获得了如下研究结论:(1)采用新型4M LiODFB-DME电解质,将Li沉积在铜箔上,1.5小时后其表面呈现光滑的固体颗粒形态,未观察到任何树枝状晶体,不会刺透隔膜引起正负极短路;50次循环后,4M LiODFB-DME电解质中Li/Cu纽扣电池的库伦效率达到95.2%;Li/Li电池可以在1mA/cm~2下循环超过3000小时;Li/LiFePO_4电池在采用该高浓度电解质条件下表现出良好的电化学性能,可以达到和1M LiPF_6电解质相同的水平。同时在65℃高温下,Li/Li FePO_4电池表现出良好的容量保持率(92.5%),远高于1M LiPF_6电解质(79.2%)的容量保持率。(2)采用4M Li FSI+LiODFB-DME电解质时,研究发现该高浓度混合电解质可以有效地抑制铝箔腐蚀。该电解质与正极材料LiFePO_4、Li(NiCoMn)O_2均表现出良好的相容性,且具有优异的电化学可逆性。用于Li/LiFePO_4电池时,同样具有良好的电化学性能,在1C的恒电流密度下,250次循环后,比容量保持率高达96.8%,且倍率性能优异。(3)高浓度LiODFB电解质有望代替LiPF_6电解质,从而推动锂金属二次电池的发展。高浓度混合锂盐电解质较单盐电解质而言,可改善LiFePO_4基锂电池的电化学性能。
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【部分图文】：
图 1.1 工作机理示意图（a）锂离子电池；（b）锂金属电池；（c）枝晶的典型形态以及与枝晶和低库仑效率有关的主要问题[13]Fig. 1.1 Schematic diagram of (a) Li ion batteries; (b) Li metal batteries; (c) the typical morphologyof Li dendrites and the main problems related to dendrites and low Coulombic efficiency[13]1.2.3 锂电池组成锂电池由正负极材料、隔膜及电解液这几个主要部分组成。下面将从这几个方面对锂离子电池材料做出介绍：（1）正极材料作为电池中锂离子的提供者，理想的正极材料应具备以下特点：包含极易氧化还原的离子，如过渡金属离子；能快速可逆的脱嵌锂离子；较高的离子电导率和电子电导率；较大的吉布斯自由能；良好的热稳定性；原料绿色环保无污染，且成本较低。最早研究较多的正极活性材料是锂的过渡金属化合物 LiMO2(M 代表过渡金
图 1.2 LiODFB，LiBOB 和 LiBF4的分子结构Fig. 1.2 The molecular structures of LiODFB, LiBOB and LiBF4图 1.3 显示了 LiBF4，LiODFB 和 LiBOB 的热稳定性。LiODFB 的热分解发 240℃，这是三种盐中最低的温度，但仍比 LiPF6盐高 40℃。Zhang 发现 LiOD电解液能够像 LiBOB 一样在高电压下钝化铝集流体，这归因于 Al3+和 B-O 分分通过化学结合在铝表面上形成的致密保护层。基于 LiODFB 的电解质优点括为以下几点： 在铜负极集流体表面上支持金属锂的可逆循环的能力； 在势下钝化铝集流体的能力； 参与 SEI 的形成并支持锂离子电池在高温下稳定； 提高电池安全保护和过充电容量的能力。
图 1.2 LiODFB，LiBOB 和 LiBF4的分子结构 1.2 The molecular structures of LiODFB, LiBOB and L LiBF4，LiODFB 和 LiBOB 的热稳定性。LiO盐中最低的温度，但仍比 LiPF6盐高 40℃。ZiBOB 一样在高电压下钝化铝集流体，这归因在铝表面上形成的致密保护层。基于 LiODF 在铜负极集流体表面上支持金属锂的可逆循体的能力； 参与 SEI 的形成并支持锂离子电全保护和过充电容量的能力。
本文编号：2822674
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【部分图文】：
图 1.1 工作机理示意图（a）锂离子电池；（b）锂金属电池；（c）枝晶的典型形态以及与枝晶和低库仑效率有关的主要问题[13]Fig. 1.1 Schematic diagram of (a) Li ion batteries; (b) Li metal batteries; (c) the typical morphologyof Li dendrites and the main problems related to dendrites and low Coulombic efficiency[13]1.2.3 锂电池组成锂电池由正负极材料、隔膜及电解液这几个主要部分组成。下面将从这几个方面对锂离子电池材料做出介绍：（1）正极材料作为电池中锂离子的提供者，理想的正极材料应具备以下特点：包含极易氧化还原的离子，如过渡金属离子；能快速可逆的脱嵌锂离子；较高的离子电导率和电子电导率；较大的吉布斯自由能；良好的热稳定性；原料绿色环保无污染，且成本较低。最早研究较多的正极活性材料是锂的过渡金属化合物 LiMO2(M 代表过渡金
图 1.2 LiODFB，LiBOB 和 LiBF4的分子结构Fig. 1.2 The molecular structures of LiODFB, LiBOB and LiBF4图 1.3 显示了 LiBF4，LiODFB 和 LiBOB 的热稳定性。LiODFB 的热分解发 240℃，这是三种盐中最低的温度，但仍比 LiPF6盐高 40℃。Zhang 发现 LiOD电解液能够像 LiBOB 一样在高电压下钝化铝集流体，这归因于 Al3+和 B-O 分分通过化学结合在铝表面上形成的致密保护层。基于 LiODFB 的电解质优点括为以下几点： 在铜负极集流体表面上支持金属锂的可逆循环的能力； 在势下钝化铝集流体的能力； 参与 SEI 的形成并支持锂离子电池在高温下稳定； 提高电池安全保护和过充电容量的能力。
图 1.2 LiODFB，LiBOB 和 LiBF4的分子结构 1.2 The molecular structures of LiODFB, LiBOB and L LiBF4，LiODFB 和 LiBOB 的热稳定性。LiO盐中最低的温度，但仍比 LiPF6盐高 40℃。ZiBOB 一样在高电压下钝化铝集流体，这归因在铝表面上形成的致密保护层。基于 LiODF 在铜负极集流体表面上支持金属锂的可逆循体的能力； 参与 SEI 的形成并支持锂离子电全保护和过充电容量的能力。
【参考文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 莫凡;电动汽车行业：电动汽车需求爆发对动力锂电池产业链投资机会研究[D];西南财经大学;2014年
本文编号：2822674
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2822674.html
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