成膜添加劑對(duì)鋰離子電池石墨負(fù)極電化學(xué)性能的影響.pdf

1、隨著能源與環(huán)境問(wèn)題的日益突出以及現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，對(duì)鋰離子電池的性能提出了更高的要求。電極/電解液界面性質(zhì)(SEI膜)決定了鋰離子電池的安全性能、自放電、低溫性能、庫(kù)侖效率、循環(huán)性能和不可逆容量，對(duì)整個(gè)鋰離子電池的性能都有重要影響。選擇合適的電解液成膜添加劑，促進(jìn)電極表面形成有利于電池性能提高的SEI膜是改善鋰離子電池最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的手段之一。本文引入了氟化鋰，氯化鋰和維生素 E為鋰離子電池電解液成膜添加劑對(duì)石墨電極性能的影響，創(chuàng)新性地

2、提出將三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)用作鋰離子電池電解液石墨負(fù)極成膜添加劑，顯著提高了石墨電極的耐高溫性能。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴在1mol/LLiPF6/EC:DEC:DMC(EC基)的電解液中添加飽和的LiF，運(yùn)用循環(huán)伏安法、充放電和電化學(xué)阻抗譜研究了LiF對(duì)電池性能的影響。通過(guò)掃描電鏡分析了添加LiF前后SEI膜形貌及組成的變化，結(jié)果表明兩種電解液中形成的SEI膜具有不同的形貌，組成也發(fā)生了一定改變；CV結(jié)果顯示L

3、iF的加入可以有效抑制電解液溶劑EC的還原分解，從而改善石墨電極的電化學(xué)性能；EIS結(jié)果表明，加入LiF使得與SEI相關(guān)的阻抗和電荷傳遞阻抗降低，有利于電池性能的提高。
　?、圃贓C基電解液中添加飽和的LiCl后，石墨電極的電化學(xué)性能變差。CV和充放電測(cè)試顯示：添加飽和的LiCl后石墨電池的循環(huán)性能降低，64次循環(huán)后Li/石墨電池的比容量在首次放電的基礎(chǔ)上降低34.9％，而無(wú)添加LiCl的電池比容量衰減僅為3.40ml/L。掃描電

4、鏡結(jié)果表明，添加LiCl的電池經(jīng)過(guò)循環(huán)后其石墨電極表面形成了性能較差 SEI膜，不能夠減緩鋰離子嵌入/脫出引起的體積膨脹，進(jìn)而使SEI表面發(fā)生了破裂；EIS及其模擬結(jié)果顯示，飽和的LiCl的加入增加了首次放電過(guò)程的SEI膜形成的電阻。因此LiPF6生產(chǎn)工藝中一定要嚴(yán)格控制Cl+的量，從而改善鋰離子電池的電化學(xué)循環(huán)性。
　?、沁\(yùn)用CV和恒流充放電測(cè)試并結(jié)合SEM和阻抗譜等測(cè)試技術(shù)，討論了VE作為成膜添加劑在EC基電解液中的成膜機(jī)制以

5、及添加不同量的上述添加劑對(duì)石墨電極電化學(xué)性能的影響。添加量為50 ml/L時(shí)，電解液中的EC的雙電子還原生成ROCO2Li的過(guò)程被抑制，此時(shí)石墨電極的充放電容量較高且循環(huán)性能較好。通過(guò)SEM測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，電解液中添加50ml/L的VE能夠有效促進(jìn)石墨負(fù)極表面SEI膜的形成，并促進(jìn)鋰離子透過(guò)SEI膜的通道形成。EIS的結(jié)果表明，VE的添加能夠降低石墨電極的接觸阻抗和SEI膜的阻抗。
　?、柔槍?duì)傳統(tǒng)液體電解液中LiPF6在高溫環(huán)境易分

6、解進(jìn)而導(dǎo)致鋰離子電池高溫循環(huán)性能特別差的特點(diǎn)，我們研究證實(shí)了TMSP作為電解液成膜添加劑可以顯著提高高溫循環(huán)穩(wěn)定性，并通過(guò)CV、SEM、恒流充放電和阻抗譜測(cè)試技術(shù)研究其作用機(jī)理。結(jié)果表明，60℃時(shí)未使用 TMSP添加劑的電池經(jīng)過(guò)160次充放電循環(huán)后，容量衰減達(dá)到42.6%，而使用添加有50ml/LTMSP的鋰離子電池經(jīng)過(guò)相同循環(huán)后容量衰減不到5%，大大提高了鋰離子電池高溫循環(huán)穩(wěn)定性；60℃時(shí)電解液中加入50ml/L的TMSP使得石墨電極