含硫及腈基添加剂的锂离子电池电解液性能与作用机理研究

发布时间：2022-12-23 19:06

　　电解液是锂离子电池的重要组成部分之一,通过使用锂离子电池电解液添加剂来改善电池的性能被认为是一种经济又有效的方法,锂离子电池在低温以及高电位下的电化学性能也有望通过使用电解液添加剂加以改善。本论文的研究主要包括了两个部分,第一部分研究了三种含硫添加剂对锂离子电池低温电化学性能的影响,第二部分研究了两种腈类添加剂对NCM811材料电化学性能的影响。本文比较了三种具有不同含硫官能团的添加剂DTD（ethylene sulfate）,1,3-PS（1,3-propane sultone）和ES（ethylene sulfite）对人造石墨负极和高压钴酸锂正极低温性能的影响,结果表明限制锂离子电池低温性能的主要因素在于负极。DFT（密度泛函理论）计算,循环伏安法（CV）,扫描电子显微镜（SEM）,傅里叶变换红外光谱（FTIR）和电化学测试结果表明三种含硫添加剂均可在人造石墨负极表面参与成膜。三电极循环结果表明DTD对石墨负极低温性能改善最为明显,在-15℃下,DTD组电池在50圈循环后仍然具有最高的111mAh/g的比容量,1,3-PS对石墨负极的低温性能造成不利影响,而ES则没有明显作用。电... 

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 锂离子电池概述
        1.1.1 锂离子电池发展历程
        1.1.2 锂离子电池的工作原理
    1.2 锂离子电池基本组成
        1.2.1 锂离子电池正极材料
        1.2.2 锂离子电池负极材料
        1.2.3 锂离子电池电解液
            1.2.3.1 有机溶剂
            1.2.3.2 锂盐
            1.2.3.3 锂离子电池电解液添加剂
                1.2.3.3.1 成膜添加剂
                1.2.3.3.2 其他功能型添加剂
    1.3 SEI膜和CEI膜的简介
    1.4 本论文的主要内容和研究内容
    参考文献
第二章 实验与仪器方法
    2.1 主要化学试剂和设备
    2.2 电池的组装与拆卸
        2.2.1 电解液溶剂、添加剂除水
        2.2.2 电解液的配置
        2.2.3 电极的制备
        2.2.4 电池的组装和拆卸
    2.3 仪器和方法
        2.3.1 线性扫描伏安法和循环伏安法
        2.3.2 充放电测试
        2.3.3 电化学交流阻抗法
        2.3.4 扫描电子显微镜技术(SEM)
        2.3.5 傅里叶变换红外光谱(FTIR)
        2.3.6 Raman光谱分析
        2.3.7 XPS分析
        2.3.8 理论计算
    参考文献
第三章 含硫添加剂对锂离子电池低温性能的影响
    3.1 引言
    3.2 电导率测试
    3.3 氧化还原稳定性
        3.3.1 前线分子轨道理论
        3.3.2 溶剂以及添加剂分子的理论计算
    3.4 石墨负极低温电化学性能
        3.4.1 石墨负极的常温循环伏安和首次充放电实验
        3.4.2 石墨负极在低温下的充电(脱锂)研究
        3.4.3 石墨负极在低温下的放电(嵌锂)研究
        3.4.4 电化学交流阻抗(EIS)结果分析
        3.4.5 低温下的石墨负极倍率性能
        3.4.6 两电极体系石墨负极低温循环性能研究
        3.4.7 三电极体系石墨负极低温循环性能研究
    3.5 石墨负极表面固体电解质界面膜(SEI膜)分析
        3.5.1 扫描电镜(SEM)图
        3.5.2 拉曼与红外谱图
        3.5.3 X射线光电子能谱(XPS)分析
    3.6 钴酸锂正极低温电化学性能
        3.6.1 不同电解液的线性扫描曲线(LSV)及钴酸锂电池首圈电化学曲线
        3.6.2 钴酸锂正极在不同温度下的充电(脱锂)研究
        3.6.3 钴酸锂正极在不同温度下的放电(嵌锂)研究
        3.6.4 添加剂对钴酸锂正极低温循环性能的影响
        3.6.5 钴酸锂正极表面XPS分析
        3.6.6 正负极表面XPS对比分析
    3.7 本章小结
    参考文献
第四章 腈类添加剂对高镍三元材料电化学性能的影响
    4.1 引言
    4.2 SUN及SN对电解液氧化稳定性的影响
        4.2.1 添加剂分子的理论计算
        4.2.2 线性扫描伏安特性研究
        4.2.3 电位阶跃特性研究
    4.3 SUN及SN添加剂对NCM811电化学性能的影响
        4.3.1 首圈充放电曲线和CV曲线
        4.3.2 循环性能
    4.4 SUN及SN对NCM811表面CEI膜的影响
        4.4.1 NCM811电极表面形貌分析-SEM
        4.4.2 NCM811电极表面阻抗分析-EIS
        4.4.3 NCM811电极表面组分分析-XPS
    4.5 SUN与锂的兼容性研究
    4.6 SUN以及SN的作用机理猜测
    4.7 本章小结
    参考文献
第五章 总结与展望
攻读硕士期间发表的文章
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池非水电解液导电添加剂[J]. 李凯,林燕美,林华,郭艺容,陈碧桑,林珩,陈国良,郑子山.  漳州师范学院学报(自然科学版). 2010(03)
[2]锂离子电池界面膜形成功能分子的研究现状[J]. 许梦清,邢丽丹,李伟善.  化学进展. 2009(10)
[3]锂蓄电池有机电解液添加剂研究进展[J]. 许杰,王周成,杨勇.  电源技术. 2008(11)
[4]锂离子电池低温电解液的研究进展[J]. 张国庆,马莉,倪佩,刘元刚.  化工进展. 2008(02)
[5]钾盐添加剂改善天然石墨负极的嵌脱锂性质[J]. 郑洪河,王显军,李苞,常照荣.  无机材料学报. 2006(05)

博士论文
[1]锂离子电池电极界面特性研究[D]. 庄全超.厦门大学 2007



本文编号：3725264