電解液中痕量水和金屬離子雜質(zhì)對(duì)電池性能影響的研究.pdf

1、目前，從微電子技術(shù)到交通運(yùn)輸，可充電電池的使用越來越廣泛，要求也越來越苛刻，鋰離子電池已經(jīng)成為能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換設(shè)備中使用最廣泛的電池。但隨之而來的問題也不斷凸顯，其中，容量衰減成為限制鋰離子電池進(jìn)一步發(fā)展的主要瓶頸。研究發(fā)現(xiàn)，痕量水和過渡金屬離子的溶蝕對(duì)電池性能破壞非常嚴(yán)重。在鋰離子電池的生產(chǎn)制備過程中痕量水的存在是不可避免的，這會(huì)導(dǎo)致電池的不可逆容量損失，影響固體電解質(zhì)界面膜的形成，且會(huì)引起集流體和陰極材料的腐蝕。過渡金屬離子在正極的溶

2、蝕，不僅導(dǎo)致正極可用活性材料損失，且溶蝕的金屬離子在電解液中遷移并沉積在負(fù)極，致使固體電解質(zhì)界面膜嚴(yán)重?fù)p害，還有部分金屬離子插入石墨層導(dǎo)致負(fù)極容量衰減。因此，探究痕量水和過渡金屬離子對(duì)電池性能破壞的機(jī)理和提出相對(duì)應(yīng)的抑制措施成為目前研究的重點(diǎn)。
　　本論文主要進(jìn)行以下三方面的研究。第一，以六氟磷酸鋰-碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯電解液和雙草酸硼酸鋰-環(huán)丁砜/碳酸二乙酯電解液為研究對(duì)象，通過調(diào)節(jié)電解液中痕量水的含量，系統(tǒng)地研究電解液中不同

3、含量的痕量水對(duì)鋰離子電池綜合性能的影響。若以100個(gè)循環(huán)后的容量保持率低于85%為電池失效的衡量標(biāo)準(zhǔn)，則六氟磷酸鋰-碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯和雙草酸硼酸鋰-環(huán)丁砜/碳酸二乙酯電解液中痕量水的臨界值分別為0.2113‰和0.5391‰。第二，采用商用電解液六氟磷酸鋰-碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯作為參比電解液，研究雙草酸硼酸鋰作為電解質(zhì)鋰鹽對(duì)負(fù)極錳沉積的抑制作用。雙草酸硼酸鋰-環(huán)丁砜/碳酸二乙酯電解液體系具有優(yōu)異的成膜性，能在石墨電極表面形成致密

4、的保護(hù)膜，可有效地抑制錳沉積。但當(dāng)電解液中錳濃度過高時(shí)由于存在電化學(xué)吸附的作用，所以固體電解質(zhì)界面膜表面仍有少量錳離子被檢測(cè)到。這些錳離子會(huì)催化電解液的分解，分解產(chǎn)物沉積在固體電解質(zhì)界面膜表面上，增加了電池阻抗，從而降低電池的循環(huán)穩(wěn)定性。通過前兩部分的研究，明確痕量水和金屬離子破壞電池性能的機(jī)理，并構(gòu)建新型的電解液體系來抑制電解液中痕量水和過渡金屬離子對(duì)電池造成的破壞。第三，利用噴霧沉積技術(shù)，采用硫酸鋰水溶液對(duì)石墨電極表面進(jìn)行預(yù)處理。經(jīng)