论文部分内容阅读
锂离子电池因其高能量密度,对环境友好和高容量等优点,被广泛应用于移动电子设备等电子类产品。随着锂离子电池在电动车和储能领域的发展,对锂离子电池能量密度,高温性能和安全性能的要求也越来越高。为了提高锂离子电池的性能,目前研究集中在电池新型正极材料的选择并取得了进展,然而,电解液在高温或高电压条件下的分解,导致电池循环寿命降低,成为限制电池性能提高的一个关键因素。 利用功能添加剂是一种有效抑制电解液分解,提高电池性能的方法。本论文分别研究了两种功能添加剂在高电压锂离子电池和高温锂离子电池上的电化学性能。通过循环伏安(CV)、线性伏安扫描(LSV)、恒电流充放电测试、电化学阻抗(EIS)、X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、透射电镜(TEM)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)和傅立叶全反射红外光谱(ATR-FTIR)等技术,研究了添加剂对电池性能的影响和添加剂的作用机理,得到了以下研究结果: 1.研究了碳酸乙烯亚乙酯(VEC)作为一种高电压电解液添加剂对于LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2/C电池性能的影响。理论计算和循环伏安扫描,线性扫描实验结果表明,VEC能够优先于溶剂分子分解,分解产物能够在正负极表面成膜。在1 mol/L LiPF6/ EC-EMC(质量比为1∶2)电解液体系中添加加2%VEC,能够使电池在充电电压3.0~4.5V范围内循环300周后的容量保持率从62.54%提高到74.05%。利用EIS、XRD、EDS、SEM和ATR-FTIR等技术研究了添加剂的高压作用机理。结果表明,VEC能够同时在正极和负极表面形成导电性良好的界面膜,使电池的高压性能得到提高。 2.甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)作为一种高温添加剂应用于LiMn2O4/C电池,研究了其对电池性能的影响。在1.0 mol/L LiPF6-EC/EMC/DMC(质量比为1∶1∶1)中加入0.5 wt.% MMDS,电池在高温60℃循环100周的容量保持率从52.7%提高到79.2%,电池在高温85℃存储24小时后的容量保持率从71.8%提高到82.5%,而且电池的厚度和阻抗的变化率都减小。利用XPS、XRD、ICP-AES和TEM等技术对添加剂高温下的作用机理进行了研究。结果表明,MMDS能够在LiMn2O4电极表面分解形成一层良好的保护膜,这层膜有效地减少了电解液的分解和金属锰离子在电解液中的溶解,明显提高LiMn2O4正极材料的热稳定性,从而使电池的高温性能显著改善。