论文部分内容阅读
碳电极与电解液构成的界面性质(SEI膜)决定了锂离子电池的库仑效率、不可逆容量、安全性能、循环性能、自放电和高低温性能,对整个锂离子电池的性能都有重要影响。因此,如何提高碳电极与电解液相容性,即如何实现在电极/电解液界面形成性能优良的SEI膜的问题是目前人们研究的热点。
本文以提高锂离子电池碳电极与电解液相容性为主要目标,以扫描电镜,恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等为主要测试手段,分别从碳材料种类、添加剂方面考察了其对电极与电解液界面性质的影响,并在此基础上,对石墨电极的嵌脱锂过程进行了详细研究。
碳材料种类方面,材料的振实密度越小,其吸液量越大;充放电实验表明材料的比表面积越大,其成膜过程中的耗锂量越大,可逆容量和库仑效率越低,即与电解液相容性越差;六种碳材料中,MCMB,BH和BF与电解液具有较好的相容性。对石墨电极进行六西格玛优化设计的实验表明,石墨类(KS,SO)和碳黑类SP混合使用时具有正向的交互作用,当KS:SP=1.66(BF石墨:导电剂(KS+SP):PVDF=92:3:5)时,石墨电极和电解液相容性最好,放电比容量可以稳定达到315mAh以上。
添加剂方面,循环伏安和充放电实验表明添加剂XX和EMT对于石墨电极具有较好的成膜效果,其中XX的最佳含量为0.25%(wt%),EMT最佳含量为0.8%(wt%), XX在最佳用量下,石墨电极首次库仑效率可由51.7%提高到73.6%,不可逆容量损失由249.1 mAh·g-1减小到117.3 mAh·g-1。EIS结果表明,XX添加剂可以降低SEI膜界面阻抗,对锂离子扩散系数没有影响。
嵌脱锂过程方面,通过非线性拟合(NLLSF)求得不同扫描速度下石墨电极循环伏安图中阳极峰电量Q与扫描速度v的关系为:Q=0.8v-0.506,由此判定石墨电极的阳极过程受锂离子扩散控制;运用EIS求得石墨电极在嵌脱锂过程中动力学参数——Rf,Rct,Dli+的变化规律;差分电量曲线表明石墨电极在嵌脱锂过程中存在三个明显的相变平台,0.20/0.22,0.11/0.14,0.08/0.10V(vs.Li/Li+),石墨电极在倍率放电时,放电电位平台Y与放电倍率X符合公式:Y=0.156+0.07X(R=0.99766,P<0.0001)