适用于磷酸亚铁锂的锂离子电池电解液的研究

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磷酸亚铁锂(LiFePO4)被认为是动力电池最有发展前途的正极材料之一。本文综述了电解液的发展现状,采用循环伏安、电化学阻抗、恒电流充放电、傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等方法,研究了电解液的溶剂体系和添加剂对电极界面和电池性能的影响。首先研究了二元、三元及四元溶剂体系对LiFePO4/C电池性能的影响,结果表明,在二元体系中,碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)体系的倍率性能最好, EC和碳酸二乙酯(DEC)体系的高温性能最好;与EC基二元电解液,少量碳酸丙烯酯(PC)的加入能显著提高电池的低温性能和高温性能,并且不会发生PC的共嵌现象;而EC、DMC、碳酸甲乙酯(EMC)和PC构成四元溶剂体系有更优异的综合性能。其次考察了亚硫酸乙烯酯(ES)、丁磺酸内酯(BS)、亚硫酸丙烯酯(PS),碳酸亚乙烯酯(VC)、亚乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)六种添加剂对LiFePO4/C电池性能的影响。结果表明,在电解液中加入PS后,LiFePO4/C电池放电平台提高约0.1 V;而加入FEC的电解液组装的LiFePO4/C电池500次循环后,容量保持率可以达到98.9%,并且发现,FEC的加入还能显著提高电池的低温性能。SEM研究结果表明,加入PS和FEC后,负极材料表面形成固体电解质相界面膜(SEI膜)更平滑致密;FTIR研究结果表明,两种添加剂加入后,烷氧基碳酸锂特征吸收峰强度减弱,PS和FEC在电池的循环过程中参与了SEI膜的形成,并且电解液加入PS后,Li2SO3成为SEI膜的主要组分之一。最后,研究了两种添加剂的共同使用对电池性能的影响。结果表明,PS和FEC共同使用可以使电池低温性能和循环性能显著提高,而对倍率性能没有太大影响。
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