硫化亞銅負(fù)極材料在常用電解液中電化學(xué)性能研究.pdf

1、目前商用的石墨負(fù)極材料本身振實(shí)密度較低，過充狀態(tài)下容易產(chǎn)生鋰枝晶，會(huì)刺破隔膜造成短路，導(dǎo)致電池安全性問題;并且在電化學(xué)過程中常常伴隨較大的體積變化和結(jié)構(gòu)塌陷，導(dǎo)致該材料的循環(huán)性能變差。故而開發(fā)新型負(fù)極材料一直成為鋰離子電極材料研究的熱點(diǎn)。
　　硫化亞銅材料以其優(yōu)異循環(huán)性能，倍率性能，高的電子導(dǎo)電性(104 S·cm-1)，有且僅有一個(gè)平坦的放電平臺(tái)，成為具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦弯囯x子電池負(fù)極材料。文獻(xiàn)報(bào)道納米棒狀的硫化亞銅材料在醚類電解

2、液中，可在3200 mA·g-1的大電流充放電下獲得260 mAh·g-1的可逆容量，其高倍率充放電性能，為材料在動(dòng)力電池上的應(yīng)用提供了可能。本論文主要研究商用微米級(jí)無(wú)特定形貌的硫化亞銅材料在常用電解液中的電化學(xué)性能，具體包括以下內(nèi)容:
　　(1)醚類電解液中，硫化亞銅材料電化學(xué)性能研究:表征該硫化亞銅材料的結(jié)構(gòu)與形貌，測(cè)試該材料在醚類電解液中電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)表明該材料具有優(yōu)異的循環(huán)性能，2C循環(huán)500圈容量穩(wěn)定在310 mAh·

3、g-1，且?guī)靷愋?00％。其中環(huán)狀醚類溶劑與鏈狀醚類溶劑的不同比例對(duì)電池的首圈效率及首圈存在的2.32 V電位的影響不大，但環(huán)狀醚類的不穩(wěn)定性會(huì)影響電池的循環(huán)性能，當(dāng)二氧戊環(huán)的比例大于70％時(shí)，材料的循環(huán)性受到嚴(yán)重影響，100圈容量保持率＜30％。
　　(2)酯類電解液中，硫化亞銅材料電化學(xué)性能研究與改性:由于醚類電解液電化學(xué)窗口較窄，導(dǎo)致硫化亞銅負(fù)極與正極材料的匹配存在問題，故研究了酯類電解液中硫化亞銅的性能。配制單一碳酸酯溶

4、劑的1 M LiPF6溶液，并研究硫化亞銅材料在每一種單組分電解液中的電化學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硫化亞銅材料在酯類電解液中容量的迅速衰減，主要由環(huán)狀酯類溶劑引起（碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，氟代碳酸乙烯酯，碳酸亞乙烯酯等電解液液中，硫化亞銅半電池，10圈容量保持率＜5％），通過環(huán)狀酯類與鏈狀酯類反應(yīng)的吉布斯自由能計(jì)算表明環(huán)狀酯類容易與充放電過程中的中間產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，且通過XPS實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明EC基電解液中循環(huán)至無(wú)容量的硫化亞銅極片，會(huì)存在C-S鍵，

5、SEM電鏡圖中也能看到極片表面有膜的存在，證明了理論計(jì)算的可行性。而鏈狀酯類中，不易發(fā)生該反應(yīng)，故硫化亞銅材料在鏈狀酯類電解液中具有較好的循環(huán)性能，循環(huán)50圈可保持200 mAh· g-1的可逆容量。
　　(3)鏈狀酯類溶劑中，硫化亞銅電池性能的研究與改性:硫化亞銅材料在鏈狀酯類為基礎(chǔ)的酯類電解液中，有較好的循環(huán)性能，但與醚類電解液中的優(yōu)異性能相差較多。在鏈狀酯類電解液中，循環(huán)過程中依然存在活性物質(zhì)的損失及循環(huán)后期電池過充現(xiàn)象。故