功能电解液改善LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/石墨电池的电化学性能及其机理研究

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为了推动锂离子电池的发展与实际运用,开发成本低、能量密度高、使用寿命长、倍率性能好的材料至关重要。高镍层状结构的 LiNi1-x-yCoxMnyO2(1-x-y≥0.5)材料拥有众多优点而被关注,然而结构的稳定性随Ni含量的增大而劣化。本论文通过在电解液中添加成膜添加剂的方法来提高材料的稳定性。  采用双氟代碳酸乙烯酯(DFEC)作为电解液还原型成膜添加剂改善LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/石墨软包电池的常温循环性能和倍率性能。通过定量对比实验,确定DFEC的最佳添加量,发现使用含有1%DFEC的电解液的电池相对于使用标准电解液的电池,以1.0C循环500次,容量保持率从65.07%提高至76.15%,并且电池以5.0C循环放电容量提高了13.24%。通过CV和EIS电化学测试研究DFEC在电池中的作用机理,用SEM、TEM、XRD等对电池循环前后的极片进行形貌分析,结果表明,DFEC的加入,在负极表面形成的电解质相界面(SEI)膜循环稳定性好且有利于Li+的迁移。  使用二氟磷酸锂(LiPO2F2)作为电解液氧化型成膜添加剂提高 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/石墨软包电池的高温性能,并优化了其添加量。与使用标准电解液相比,添加1%LiPO2F2能够有效抑制电池的电解液在高温下分解,电池在60℃下贮存14天,厚度变化率减少了20.36%,内阻变化率减少了15.41%,且LiPO2F2对电池的循环性能也有改善作用。通过LSV测试表明LiPO2F2的加入会使电解液提前发生氧化,用SEM、XPS对电池高温贮存前后的极片进行表面分析,结合CV、EIS测试结果发现LiPO2F2会在正极表面氧化分解形成具有保护作用且能够减小电池极化的正极电解液界面(CEI)膜。  利用双(氟代磺酰)亚胺锂(LiFSI)作为电解液还原型成膜添加剂提高LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/石墨软包电池的低温循环性能,并确定了最佳添加量。在0℃下, LiFSI能够提高电解液的离子电导率,电池先以0.5C循环100次再以1.0C循环100次,添加1%LiFSI的电池相比不含LiFSI的电池,容量保持率从29.2%提高至38.5%;电池在不同温度下做放电测试,发现在-20℃下,LiFSI对电池性能具有负面影响,但是在-40℃下,含1%LiFSI的电池容量保持率提高15.2%。通过CV、EIS电化学测试探索LiFSI在电池中的作用机理,用XRD对电池低温循环前后的极片进行表面分析,显示LiFSI会在电池负极表面被还原分解形成低温稳定性好且能够减小界面阻抗的SEI膜。
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