锂离子电池新型电解液组分选择及其与石墨负极相容性

发布时间：2017-10-26 06:17

  本文关键词：锂离子电池新型电解液组分选择及其与石墨负极相容性

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【摘要】：电解液是锂离子电池的关键材料之一,石墨负极对电解液组成十分敏感,优选新型电解液组分,改善电解液与石墨负极的相容性对于发展高性能锂离子电池非常重要。本文以优选新型电解液组分和改善电解液与石墨的相容性为重点,研究了N-甲基乙酰胺(NMA)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)和碳酸丁烯酯(BC)作为电解液溶剂或添加剂与石墨负极的相容性。探讨了NMA和DMAC对石墨电极电化学性能的影响以及碳酸丙烯酯(PC)与BC在常温及低温情况下石墨电极电化学性能的对比。NMA和DMAC作电解液共溶剂,与PC按一定比例配制成电解液,可以很好地抑制PC分子共嵌入石墨层间的问题,改善PC电解液与石墨负极间的相容性。作为电解液添加剂加入到1mol L-1 LiTFSI或LiPF6/EC:PC(1:1)中均可以明显改善石墨电极的电化学性能,包括提高首次充放库伦效率、充放电容量和循环性能等,并且在PC:EC的比例达到EC:PC(8:2)后仍有很好的效果。加入到商用电解液1mol L-1LiPF6/EC:DEC(1:1)后,DMAC对天然石墨的首次库伦效率和比容量保持率上仍有一些提高。主要是由于这两种有机分子加入,石墨在首次嵌锂时可以在表面形成一层更有效的钝化膜,抑制了因溶剂分子共插石墨层间对石墨结构的破坏并降低电解液的不可逆消耗。对PC与BC在常温及低温条件下进行了系统的电化学性能对比。常温时,纯BC与纯PC作溶剂时在CV上有差别。与EC配置成电解液后,EC:BC(1:1)基电解液对石墨电极在首次充放库伦效率、可逆充放容量及循环性能上均优于EC:PC(1:1)基电解液。常温下EC:BC:EMC(2:2:5)基电解液与EC:PC:EMC(2:2:5)和EC:DMC:EMC(1:1:1)基电解液对石墨电极表现出相近的可逆比容量及循环性能,而在-20℃时,前者要优于后两者,表现出更高的可逆比容量,这一结果表明了BC用于低温锂离子电池的优势和前景。
【关键词】：锂离子电池 石墨 电解液 相容性
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646;TM912
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 锂离子电池工作原理11-12
• 1.2 锂离子电池电解液12-17
• 1.2.1 锂离子电池有机溶剂12-14
• 1.2.2 电解质锂盐14-16
• 1.2.3 电解液添加剂16-17
• 1.3 电解液与石墨负极材料间的相容性的意义17-20
• 1.4 本论文的研究内容20-21
• 第二章 实验药品、仪器和表征方法21-26
• 2.1 实验药品和仪器21-23
• 2.1.1 实验药品21-22
• 2.1.2 实验仪器设备22-23
• 2.2 电解液的配制和极片的制作23
• 2.2.1 电解液的配置23
• 2.2.2 电极片的制作和电池的组装23
• 2.3 电池电化学性能测试23-24
• 2.3.1 电池充放电性能测试23-24
• 2.3.2 电池交流阻抗（EIS）测试24
• 2.3.3 电池循环伏安（CV）测试24
• 2.4 电解液电导率的测试和拉曼光谱24
• 2.5 极片的表征24-26
• 2.5.1 扫描电子显微镜（SEM）测试24-25
• 2.5.2 X-射线能量色散谱（EDX）测试25
• 2.5.3 X-射线衍射（XRD）测试25
• 2.5.4 傅里叶红外光谱仪（FTIR）测试25-26
• 第三章 NMA作锂电池电解液组分对石墨电极的影响26-39
• 3.1 NMA作电解液共溶剂对石墨电极的影响27-35
• 3.2.1 石墨电极电化学性能27-30
• 3.2.2 石墨电极的表征及分析30-33
• 3.2.3 电解液拉曼光谱及离子电导率33-35
• 3.2 NMA用作电解液添加剂对石墨电极的影响35-38
• 3.2.1 石墨电极电化学性能35-37
• 3.2.2 石墨电极表征37
• 3.2.3 石墨电极EIS图像分析37-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第四章 DMAC用作锂离子电池电解液组分的研究39-58
• 4.1 DMAC用作电解液共溶剂对石墨的影响39-48
• 4.1.1 石墨电极电化学性能39-43
• 4.1.2 电解液拉曼分析43-44
• 4.1.3 石墨电极的表征及分析44-46
• 4.1.4 石墨电极EIS分析46-48
• 4.3 DMAC作电解液添加剂对人造石墨电极的影响48-52
• 4.3.1 石墨电极电化学性能48-51
• 4.3.2 石墨电极EIS分析51-52
• 4.4 DMAC用作电解液添加剂对天然石墨的影响52-54
• 4.5 DMAC对正极材料影响的简单探究54-56
• 4.6 本章小结56-58
• 第五章 BC用作电解液组分与PC的对比58-74
• 5.1 石墨电极在纯BC与PC作溶剂时对比58-61
• 5.1.1 石墨电极电化学性能对比58-59
• 5.1.2 石墨电极的表征及分析59-61
• 5.2 石墨电极在二元以及三元电解液中的对比61-70
• 5.2.1 石墨电极电化学性能对比61-68
• 5.2.2 石墨电极的表征及EIS测定68-70
• 5.3 BC与PC在低温情况下的对比以及简单的高压测试70-73
• 5.3.1 电解液电导率的测试70
• 5.3.2 石墨电极低温性能对比及EIS测定70-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 参考文献76-85
• 攻读学位期间公开发表的论文及科研成果85-86
• 致谢86-87

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