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在锂离子电池中,负极材料有其最适合(相容)的电解液,正极材料也有其最适合(相容)的电解液,但一个电池中不可能有两种不同的电解液,因此所选用的电解液必须对正、负极都适合(兼容)。为此,我们制备了3类(4种)常用的具有良好“贮锂结构”的炭负极材料(煤沥青基中间相炭微球、石油沥青基中间相炭微球,高温热处理石油焦和低温热解炭包覆天然鳞片石墨),选用了两种常用的正极材料(尖晶石LiMn2O4和LiCoO2),组配了6种常见的电解液,考察了每一种电极材料与6种电解液中的相容性。在此基础上归纳、分析、总结了正负极电极材料与电解液的相容性。论文的主要结论如下: 煤沥青基中间相炭微球(CM试样)和石油沥青基中间相炭微球(PM试样)的充、放电性能与其进行热处理的HTT(max)有关,低温(<2000℃)热处理的CM和PM试样中由于存在大量的微孔,贮锂机制为“微孔贮锂”。具有较大的初次贮锂容量但无平稳的充、放电平台,且容量衰减较快,高温热处理(2300~2800℃)的MCMB试样中石墨微晶多而大,贮锂机制为“石墨微晶层间嵌锂”,充、放电容量高,充、放电平台平稳,循环性能好,当HTT(max)=2800℃时,CM(2800)试样和PM(2800)试样在1mol/L LiClO(4)/EC+DEC(1:1)电解液中第三循环的放电容量分别为285.1mAh/g和289.2mAh/g,充、放电效率分别为90.7%和96.9%,其性能达到了国际先进水平。 石油焦(FPC)试样的充、放电性能与其进行高温热处理过程的HTT(max)有关,随着HTt(max)的升高,FPC试样逐渐从乱层结构向有序的石墨微晶结构转变。当HTT(max)=2750℃时,FPC(2750)试样在1mol/L LiClO(4)/EC+DEC(1:1)的电解液中第三循环放电容量达到342.2mAk/g充、放电效率为93.2%。其性能达到了国际先进水平,HTT(max)=3000℃时,虽然FPC(3000)试样中的石墨化程度更高,但能够阻止溶剂化锂离子插入到石墨层间去的sp~3键几乎已经不存在了,充、放电容量和充、放电效率由于石墨微晶开始“层离”又降低了。 低温热解炭包覆NFG不会改变NFG的微观结构,但可以有效地改善NFG界面处SEI膜的结构,防止电解液在界面发生强烈的还原反应并防止溶剂化锂离子插入NFG层间产生层离。低温热解炭包覆层太薄或太厚时,HTT(max)太高或太低时,对提高其充、放电性能都不利,最佳工艺条件为:包覆 9 8%(’ii))的酚醛树脂,HTT。x=900℃。所得的 PR士q00试样在 lmol几L汇Ic。iC+DEC门)电解液中第三循环的放电容量为 262.SITiruL’g,充、放电效率为83.3%。 上述四种炭负极材料在 EC—DEC,EC,DMC和 PC。DME三种溶剂体系所组成的六种咆解液中进行恒电流充、放电时,第三循环的放电容量和充、放电效率按大小排万叩勺一般顺序为**。**C>**、**C。**-*ME,在相同溶剂体系中,以L汇Ic。作溶质时的充、放电性能总是优于以LIPF。为溶质时的充、放电性能c 上述四种炭负极村料在所组合的六种电解液中进行芮次充屯时,电解液在炭负极材料都会发生还原反应,生成SEI膜,SEI膜的化学组分相同,均为碳酸理和烷基碳酸理,但织构不同。在EC基电解液中形成的SEI膜薄而致密,在PC基电解液中形成的SEI膜厚面疏松,不能防止溶剂化钾离子插入石墨层间,因此不可逆容量大,与炭负极材料相容性差。 电解液的导电率越大,尖晶石LIMn。O。材料的充、放电容量越高,而L汇co,材料的充、放屯容量与电解液的寻电率无关 电解液的抗氧化电位不能低于正极材料充电电位的高限,否则当正极材料充电到电解液的抗氧化电位时,电解液就开始氧化,充电过程也就无法继续进行了。 对正极村料(尖晶石LIMn。O。和 L汇OO/来说,在相同的电解液中以L汇旧。为溶质时的充、放电性能优于以LIPF。为溶质时的充、放电性能c ]mol/L L汇Ic。EC-DEC(门电解液与 L汇co。正极材料和四种炭负极材料,具有最好的相容性。Imol几 L汇IO4;EC+DMC门:1)电解液与 LIMn。O。正极材料具有最好的#1容性。 采用u**0二{ 正极片 料气1——1工 互1q **-**C门。1)作电角液,与4种负极材料分别组成电池时都具有良好的兼容性。按其充、放电容量和充、放电 效率 来排序时顺 户为:*C>**,。。;>**.出、;>*卜2-90O。