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我国动力电池技术路线图显示,为满足高比能量锂离子动力电池需求,发展高比容量富锂锰基固溶体/硅碳(OLO ‖ Si/C)体系电池是一重要方向。由于硅脱嵌锂过程中体积效应,传统碳酸酯类电解液在硅负极表面形成的SEI膜反复破碎和生长,导致电极性能严重下降;富锂锰基固溶体需经过高电压(≥4.5V)活化才能发挥高比容量优势,传统碳酸酯溶剂在此电压条件下会发生剧烈氧化反应,造成富锂锰基电极及电池电化学性能衰减严重。因此,开发与其适配的高电压电解液是推动OLO ‖ Si/C体系电池发展的关键。本论文以提高OLO ‖ Si/C体系电池的循环稳定性为目的,研究氟代碳酸乙烯酯(FEC)作为电解液溶剂组分,对富锂锰基固溶体材料、硅碳复合材料,以及OLO ‖ Si/C体系电池的影响,开发适用于硅碳材料及高压正极材料的功能性电解液。主要研究内容和结果如下:以1MLiPF6/EC-DEC-DMC(1:1:1 wt%)为基础电解液组分,用FEC逐步替代溶剂中EC的含量,配制一系列电解液。(1)研究不同FEC替代量的电解液对硅碳材料电化学性能及极片特性的影响。实验结果显示,FEC替EC能较大程度地提高Si/C负极的循环性能;对Si/C比容量方面的影响,随着FEC替代量的增加,Si/C负极首次比容量先升后降,FEC的替代量有一个阈值,当FEC比例达13.89%时,Si/C负极的比容量达最大值,为738.9mAh/g,且其循环性能达较好值,在150周的容量保持率为57.8%,相比基础电解液,提高了27.8%。SEM、XPS结果推测,FEC的加入有利于硅基负极表面形成薄且稳定的SEI膜,能抑制碳酸酯类溶剂的还原分解。在13.89%FEC替代量的基础上,分别添加SA、EMITFSI、TMSB及LiBOB四种添加剂,测试其对硅基负极的电化学性能影响。结果显示,添加LiBOB首次比容量下降,添加SA、EMITFSI及TMSB可提高硅基负极的首次比容量,添加SA后,Si/C负极循环稳定性较优,在100周的容量保持率为61.39%。因此,在FEC为13.89%基础上添加SA作用对Si/C负极的作用效果最优。(2)研究不同FEC替代量的电解液对富锂锰基固溶体材料电化学性能及极片特性的影响。研究显示,随FEC含量增加,电解液氧化分解电压越高;当FEC为33.33%时,电解液氧化电位能够提高到4.7V。同时,OLO电极的电化学性能与FEC替代量成正相关关系。FEC替代比例越大,OLO循环稳定性越好,放电中压越高,极化越小,因此FEC为33.33%(即EC被FEC全部替代)时,OLO的电化学性最优,在100周的放电比容量为200.5mAh/g,容量保持率为85.72%,而基础电解液中OLO正极在60周放电比容量衰减至80mAh/g以下。但是FEC的替代量对OLO首次比容量及首次库伦效率影响不大。XRD显示,循环过程中,FEC的加入缓减OLO结构变化,减少尖晶石相的产生,FEC为33.33%时效果显著。因此,FEC能作为高压电解液的溶剂组分来提高富锂锰基固溶体的循环性能。在FEC含量为33.33%的基础上,分别添加PS、TMSB、EMITFSI及LiDFOB四种添加剂,结果显示,OLO首次放电比容量有所提高,且EMITFSI综合效果最显著,在100周的容量保持率为97.09%。(3)上述实验显示,在研究比例范围内,FEC比例为13.89%时,Si/C负极性能最优,FEC比例为33.33%时,OLO正极性能最优。通过对13.89%～33.33%范围内,FEC对OLO ‖ Si/C全电池电化学性能影响研究,随着FEC替代量的增加,全电池循环稳定性提高,放电中压衰减变慢。FEC替代量为33.33%时,对全电池循环稳定性提高最显著,在100周的容量保持率为66.38%,相比FEC替代量为13.89%时提高了 25.96%。