锂离子电池高电压电解液的应用电化学性能研究

【摘要】电解液组成对锂离子电池的性能具有较大的影响。目前,商业上常用的5V电解液体系主要由含氟锂盐和碳酸酯溶剂构成,例如六氟磷酸锂(LiPF6)-碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)体系。但是,LiPF6在电解液中会发生自催化分解,产生PF5、HF等破坏电池性能的产物。特别是HF的产生,会引起正极材料中过渡金属离子的溶解。双草酸硼酸锂(LiBOB)作为一种不含卤素的锂离子电池电解质锂盐,有着许多优点,如良好的热力学稳定性、对水分敏感度低以及成本便宜等优势。在综述LiBOB基电解液研究进展的基础上,本文主要研究了LiBOB基电解液的耐高压性能。首先,以无氟的LiBOB作为锂盐,以γ-丁内酯(GBL)、环丁砜(SL)以及DMC作为电解液溶剂,构建出了新型的1.0molL-1LiBOB-SL/GBL/DMC电解液体系,并通过量子化学计算和电化学测试等手段对该电解液体系进行了系统的分析和研究。结果表明,SL溶剂是改善电化学性能的关键因素,不仅提高了电解液体系的氧化稳定性,同时也降低了电极材料的极化阻抗。更重要的是,1.0molL-1LiBOB-SL/GBL/DMC电解液体系表现出了对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料以及石墨负极材料的优良兼容性,预示了该电解液体系的良好应用前景。此外,论文还对以亚硫酸二甲酯(DMS)和GBL做共溶剂的LiBOB基电解液进行了研究。结果表明,LiBOB-GBL/DMS电解液体系具有高的抗氧化电位(>5.3V)和适宜的电导率。以该电解液组装LiFePO4/Li、Li/MCMB实验电池后的测试结果表明,新型电解液体系不仅具有良好的界面成膜特性,而且可明显改善电池体系的循环稳定性及倍率性能。最后,本文采用量子化学计算方法对新型锂盐-硫酸二氟硼酸锂(LiBF2SO4)的化学性质进行了计算,包括其空间结构、氧化电位以及氧化分解路径等。
【作者】张宏明；
【导师】毛丽萍；
【作者基本信息】兰州理工大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】锂离子电池；电解液；高电压；环丁砜；双草酸硼酸锂；固体电解质界面膜；

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