电解液体系对石墨、硬碳以及Si/C负极电化学性能的影响
发布时间：2020-12-13 18:08
由于环境污染及能源短缺,新能源得到迫切关注,寻求高性能的锂离子电池材料迫在眉睫。锂离子电池常用的负极材料石墨存在着倍率性能不好以及容易发生溶剂共嵌等问题,并且石墨的理论容量（374 m Ah/g）已经很难再有提升。因此本文研究如下内容:探究电解液体系对石墨电极在锂离子电池中性能的影响,探索电解液体系对硬碳电极在锂/钠离子电池中电化学性能的影响和电解液体系对Si/C负极电化学性能的影响。运用阻抗谱测试、循环伏安测试、充放电测试、扫描电子显微镜、透射电镜等测试手段得到的实验结果如下:（1）由电导率测试可得,1 mol/L Li PF6-EC:EMC（1:1）（体系1）的电导率比1 mol/L Li PF6-EC:EMC（3:7）（体系2）的电导率大,1 mol/L Li PF6-EC:DMC:EMC（1:1:1）（体系3）电导率比1 mol/L Li PF6-EC:DEC:EMC（3:4:3）（体系4）大,1 mol/L Li PF6-EC:DEC:DMC:EMC（1.5:1:1:1.5）（体系5）的电导率大于1 mol/L Li PF6-EC:DEC:DMC:EMC（2:1:1:2）（体...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
充放电Figure1-1Schematicdiagramo负极（锂片）
硕士学位论文微孔的存在，对空气中的水分子比较敏感，因此石墨仍然是我国动力锂离子电池最常用的负极材优点：（1）充放电曲线具有一个倾斜的直线[27] PC 基电解液相容性较好，不像石墨在 PC 基电解3）优异的倍率性能。LIU Jinlong 与 LIAO Xian了研究。容量比较高，可以达到上千，因而近几年也得到了主要的缺点就是其的弹性不好，在充放电过程中料的体积发生较大的膨胀与收缩[34]，以至于电极[35-38]。图 1-4 为 SiO 的结构示意图。
（2）卤代有机酯添加剂如图 1-5 所示，碳酸乙烯酯（EC：EthyleneCarbonate）比氟代碳酸乙烯酯（FEC：Fluoroethylene Carbonate）分子少 1 个-F 键，因此 FEC 的吸电子能力和电负性比EC 高。据量子化学计算可得，EC（-0.29512）的最低位占据轨道能量高于 FEC分子（-0.3108）[56,57]。FEC 的还原电位为~1.2 V（vs.Li+/Li），EC 的还原电位为0.9 V，在添加有 FEC 添加剂的电解液中，在有机分子中引入卤原子，借助其吸电子能力降低分子的最低空轨道（LUMO）能量，使功能分子在电解液与电极反应之前获得电子在电极颗粒表面形成 SEI 膜，该 SEI 膜品质良好，阻抗低，界面稳定性高，可以有效减小首周不可逆容量，提高电池的循环稳定性。氟代碳酸乙烯酯（FEC）[58-60]是目前常用的负极成膜添加剂。最近，研究者们关注 FEC 成膜添加剂对硅负极电化学的影响。研究表明 FEC 在硅负极上形成的 SEI 膜薄而致密，能够提高硅与电解液的界面稳定性，同时缓解了硅在充放电过程中体积效应所带来的破坏，因此提高了硅负极的容量保持率和库仑效率[61,62]。分析表明FEC 在硅负极上形成的 SEI 膜中，含有更多的氟化物（如 LiF）。图 1-5（a）-（d）分别为 EC、VC、FEC、VEC 的分子结构图。（a） （b） （c） （d）
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源汽车动力电池关键技术的研究现状[J]. 郭强,郑燕萍,孙伟明. 山东工业技术. 2018(04)
[2]钠离子电池用碳负极材料研究进展[J]. 张思伟,张俊,吴思达,吕伟,康飞宇,杨全红. 化学学报. 2017(02)
[3]硬炭作为钠离子电池炭负极材料的研究[J]. 宋怡楠,马志广,王静,时志强. 电源技术. 2015(06)
[4]锂离子电池硬碳负极材料的制备及性能表征[J]. 王春梅,赵海雷,王静,王捷,吕鹏鹏. 电源技术. 2013(11)
[5]氟代碳酸乙烯酯用作电解液添加剂的研究[J]. 张春丽,叶学海,任春燕,付春明,于晓微. 广州化工. 2013(08)
[6]储能锂离子电池产业化发展趋势[J]. 曾乐才. 上海电气技术. 2012(01)
[7]Si/C复合材料电极首次嵌锂过程的电化学阻抗谱研究[J]. 杜莉莉,庄全超,魏涛,史月丽,强颖怀,孙世刚. 化学学报. 2011(22)
[8]温度对尖晶石LiMn2O4中锂离子嵌脱过程的影响[J]. 魏涛,庄全超,吴超,崔永丽,方亮,孙世刚. 化学学报. 2010(15)
[9]锂离子电池电解液负极成膜添加剂研究进展[J]. 蔡宗平,许梦清,李伟善,左晓希,周代营. 电池工业. 2008(01)
[10]锂离子电池硬碳负极材料研究进展[J]. 孙颢,蒲薇华,何向明,李建军,姜长印,万春荣. 化工新型材料. 2005(11)
博士论文
[1]基于石墨烯的高性能锂离子电池负极材料的研究[D]. 蔡丹丹.华南理工大学 2014
[2]锂离子电池硅/碳复合负极材料的制备及性能研究[D]. 苏明如.中南大学 2014
硕士论文
[1]硬碳材料在锂离子电池负极中的应用研究[D]. 江文锋.复旦大学 2013
[2]氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池性能影响的研究[D]. 王超.湖北工业大学 2011
本文编号：2914956
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
充放电Figure1-1Schematicdiagramo负极（锂片）
硕士学位论文微孔的存在，对空气中的水分子比较敏感，因此石墨仍然是我国动力锂离子电池最常用的负极材优点：（1）充放电曲线具有一个倾斜的直线[27] PC 基电解液相容性较好，不像石墨在 PC 基电解3）优异的倍率性能。LIU Jinlong 与 LIAO Xian了研究。容量比较高，可以达到上千，因而近几年也得到了主要的缺点就是其的弹性不好，在充放电过程中料的体积发生较大的膨胀与收缩[34]，以至于电极[35-38]。图 1-4 为 SiO 的结构示意图。
（2）卤代有机酯添加剂如图 1-5 所示，碳酸乙烯酯（EC：EthyleneCarbonate）比氟代碳酸乙烯酯（FEC：Fluoroethylene Carbonate）分子少 1 个-F 键，因此 FEC 的吸电子能力和电负性比EC 高。据量子化学计算可得，EC（-0.29512）的最低位占据轨道能量高于 FEC分子（-0.3108）[56,57]。FEC 的还原电位为~1.2 V（vs.Li+/Li），EC 的还原电位为0.9 V，在添加有 FEC 添加剂的电解液中，在有机分子中引入卤原子，借助其吸电子能力降低分子的最低空轨道（LUMO）能量，使功能分子在电解液与电极反应之前获得电子在电极颗粒表面形成 SEI 膜，该 SEI 膜品质良好，阻抗低，界面稳定性高，可以有效减小首周不可逆容量，提高电池的循环稳定性。氟代碳酸乙烯酯（FEC）[58-60]是目前常用的负极成膜添加剂。最近，研究者们关注 FEC 成膜添加剂对硅负极电化学的影响。研究表明 FEC 在硅负极上形成的 SEI 膜薄而致密，能够提高硅与电解液的界面稳定性，同时缓解了硅在充放电过程中体积效应所带来的破坏，因此提高了硅负极的容量保持率和库仑效率[61,62]。分析表明FEC 在硅负极上形成的 SEI 膜中，含有更多的氟化物（如 LiF）。图 1-5（a）-（d）分别为 EC、VC、FEC、VEC 的分子结构图。（a） （b） （c） （d）
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源汽车动力电池关键技术的研究现状[J]. 郭强,郑燕萍,孙伟明. 山东工业技术. 2018(04)
[2]钠离子电池用碳负极材料研究进展[J]. 张思伟,张俊,吴思达,吕伟,康飞宇,杨全红. 化学学报. 2017(02)
[3]硬炭作为钠离子电池炭负极材料的研究[J]. 宋怡楠,马志广,王静,时志强. 电源技术. 2015(06)
[4]锂离子电池硬碳负极材料的制备及性能表征[J]. 王春梅,赵海雷,王静,王捷,吕鹏鹏. 电源技术. 2013(11)
[5]氟代碳酸乙烯酯用作电解液添加剂的研究[J]. 张春丽,叶学海,任春燕,付春明,于晓微. 广州化工. 2013(08)
[6]储能锂离子电池产业化发展趋势[J]. 曾乐才. 上海电气技术. 2012(01)
[7]Si/C复合材料电极首次嵌锂过程的电化学阻抗谱研究[J]. 杜莉莉,庄全超,魏涛,史月丽,强颖怀,孙世刚. 化学学报. 2011(22)
[8]温度对尖晶石LiMn2O4中锂离子嵌脱过程的影响[J]. 魏涛,庄全超,吴超,崔永丽,方亮,孙世刚. 化学学报. 2010(15)
[9]锂离子电池电解液负极成膜添加剂研究进展[J]. 蔡宗平,许梦清,李伟善,左晓希,周代营. 电池工业. 2008(01)
[10]锂离子电池硬碳负极材料研究进展[J]. 孙颢,蒲薇华,何向明,李建军,姜长印,万春荣. 化工新型材料. 2005(11)
博士论文
[1]基于石墨烯的高性能锂离子电池负极材料的研究[D]. 蔡丹丹.华南理工大学 2014
[2]锂离子电池硅/碳复合负极材料的制备及性能研究[D]. 苏明如.中南大学 2014
硕士论文
[1]硬碳材料在锂离子电池负极中的应用研究[D]. 江文锋.复旦大学 2013
[2]氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池性能影响的研究[D]. 王超.湖北工业大学 2011
本文编号：2914956
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