基于混合锂盐的高低温电解液的开发及电化学性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:haohaohaobaichi
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目前锂离子电池已经在储能装置和交通运输等领域得到了广泛应用,但在更加严苛(例如高温、低温)的工作环境下,锂离子电池的容量和功率急剧下降,导致锂离子电池在航空航天等特殊领域的应用受限。因此,在极端环境下的锂离子电池的容量和功率提高成为当前科研人员亟待解决的问题之一。六氟磷酸锂(Li PF6)是目前常见的商业化锂离子电池的电解液,当温度高于55℃时,电解液中Li PF6易受热分解产生的PF5是一种很强的路易斯酸,能够与痕量水分发生不可逆反应产生HF,腐蚀正极材料,造成电池容量严重损失。当环境温度低于0℃时,电解液电导率明显下降,离子迁移速率变缓,导致更高的电化学极化,电池的容量和功率急剧下降。开发新型、适用于高、低温环境下的电解液已成为拓宽锂离子电池应用范围的主要任务之一。本文通过结合草酸二氟硼酸锂(Li ODFB)和四氟硼酸锂(Li BF4)的优点,优化溶剂体系,开发适用于高、低温下的混合锂盐电解液,拓宽锂离子电池应用范围。主要内容及结果如下:(1)基于Li ODFB和Li BF4混合锂盐,以环丁砜(SL)/碳酸二乙酯(DEC)(1:1,v%)作为溶剂体系,研究了高温下Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)/Li电池的电化学性能。实验研究表明,在Li ODFB/Li BF4摩尔比为1:1电解液中,NCM523/Li电池在55℃下经过100次循环后放电容量为146.3 m Ah g-1,容量保持率为89%。观察NCM523表面的X射线光电子能谱图,发现电极表面存在含硼物质、碳酸酯化合物以及少量的氟化锂,有利于保证表面膜结构的稳定性。(2)研究表明在55℃下,Li/石墨电池在Li ODFB/Li BF4-(SL/DEC)电解液中经过50次循环后,其放电容量仍然有305 m Ah g-1,以及容量保持率为80%,表现出优异的高温性能。(3)以Li ODFB和Li BF4为混盐体系,优选碳酸乙烯酯(EC):DEC:亚硫酸二甲酯(DMS)(1:2:1,v%)作为混合溶剂体系,研究了Li Fe PO4/Li电池的电化学行为,以优化低温下锂离子电池的最佳性能。使用Li ODFB/Li BF4摩尔比为1:1电解液时,Li Fe PO4/Li电池在-40℃经过50次循环后的放电容量达到82.5 m Ah g-1,相同条件下高于商业化Li PF6基电解质的放电容量(74.5 m Ah g-1)。(4)-40℃下Li/石墨电池在Li ODFB/Li BF4-(EC/DEC/DMS)电解液的循环后,石墨表面覆盖一层致密光滑的SEI膜,其成分主要包括半烷基碳酸锂和复杂且稳定的含硼低聚物,有利于增强Li+离子迁移速率和改善电池低温性能。
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