鋰離子電池低溫電解液的研究.pdf

1、開發(fā)性能優(yōu)良的低溫鋰離子電池對于軍事與航天事業(yè)的發(fā)展意義重大。電解液組成是影響電池低溫性能的關(guān)鍵因素之一。本論文中我們優(yōu)化了電解液組成，考察了其對鋰離子電池常溫及低溫電化學(xué)性能影響，并通過電化學(xué)阻抗譜(EIS)、掃描電鏡(SEM)測試、傅立葉紅外光譜(FTIR)和X射線光電子能譜(XPS)分析，確定了低溫放電性能最佳的碳酸乙烯酯(EC)基和碳酸丙烯酯(PC)基體系。
　　EC是電解液不可缺少的成分，但是其較高的熔點限制了低溫應(yīng)用，

2、我們采用EC與低熔點溶劑混合的多元體系來改善低溫性能。我們的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三元溶劑體系 EC+DMC(碳酸二甲酯)+EMC(碳酸甲乙酯)的低溫放電性能明顯優(yōu)于二元溶劑體系EC+DMC，體系EC+DMC+EMC(1:1:1)于-10℃的相對容量比體系EC+DMC(1:1)高11.9％；EC+DMC+EMC最優(yōu)化比例為1:1:3，該電解液體系在室溫、-10℃、-20℃、-30℃及-40℃下的放電容量分別為137.4mAh/g、127.3mA

3、h/g、117.4mAh/g、109.1mAh/g和99.1mAh/g，容量分別保持在室溫的100%、92.9%、85.4%、79.4%和72.1%，表現(xiàn)出良好的低溫性能。EIS結(jié)果表明，溫度降低，電解液電阻稍有增加，然而SEI膜電阻增加幅度更為顯著，說明低溫條件下SEI膜電阻對低溫性能的影響大于電解液電阻。
　　PC因具備熔點低等諸多優(yōu)點常用做低溫溶劑，我們通過優(yōu)化PC與EC、EMC的比例來確定低溫性能最佳的PC基體系。我們的實

4、驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電解液體系1mol/L LiPF6/PC+EC+EMC最優(yōu)化溶劑比例為1:1:4，MAGD(石墨負(fù)極)/Li在該體系中于-20℃的容量為348.7mAh/g，保持在室溫容量的96.7%。由于PC的共嵌問題，MAGD/Li在體系PC+EC+EMC(1:1:4)中的首次庫倫效率僅為76.9%。為了克服PC共嵌的問題，在1mol/L LiPF6/PC+EC+EMC(1:1:4)體系中添加適量的雙乙二酸硼酸鋰(LiBOB)，實驗發(fā)現(xiàn)

5、MAGD/Li在0.98 mol/L LiPF6+0.02 mol/L LiBOB/PC+EC+EMC(1:1:4)的首次庫侖效率增加到80.5%，少量的LiBOB即可用于改善PC基體系的性能。EIS結(jié)果表明，相同溫度下充滿電MAGD/Li的SEI膜電阻(Rsei)大于放完電狀態(tài)的Rsei，說明了脫鋰態(tài)的MAGD對低溫性能的影響大于嵌鋰態(tài)的MAGD。FTIR結(jié)果表明，LiBOB在首次充放電過程中參與了成膜反應(yīng)。XPS結(jié)果表明，LiBOB