鋰離子電池電解液成膜添加劑及凝膠聚合物電解質(zhì)研究.pdf

1、鋰離子電池是目前能量密度較高的二次電池，自20世紀(jì)90年代商業(yè)化以來(lái)得到迅速的發(fā)展，占領(lǐng)了便攜式電子設(shè)備的大部分市場(chǎng)。隨著鋰離子二次電池技術(shù)的突破，更高能量密度的電池成為下一代鋰離子電池研發(fā)追求的目標(biāo)，也引起了企業(yè)家和科學(xué)家對(duì)電動(dòng)汽車用動(dòng)力鋰離子電池的濃厚興趣。
　　尖晶石材料LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)因具有工作電壓高、能量密度高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為最有可能大規(guī)模應(yīng)用到電動(dòng)汽車的正極材料之一。但由于目前商用電解

2、液在高電壓下的氧化分解和高溫下Mn的溶解使得尖晶石材料的循環(huán)性能尤其是高溫性能較差，限制了它們?cè)陔妱?dòng)汽車方面的應(yīng)用。針對(duì)以上問(wèn)題，本論文提出了分別從電解液成膜添加劑和凝膠聚合物電解質(zhì)兩個(gè)方面對(duì)鋰離子電池循環(huán)性能進(jìn)行改進(jìn)的方法，主要內(nèi)容如下:
　　1、概述了鋰離子電池電解液的組成、正極成膜添加劑的研究現(xiàn)狀及凝膠聚合物電解質(zhì)的分類和制備方法，并據(jù)此提出了本論文的研究方向和內(nèi)容。
　　2、通過(guò)篩選將噻吩作為電解液添加劑用于改善LN

3、MO//Li電池的循環(huán)性能。理論計(jì)算及LSV測(cè)試顯示噻吩的氧化聚合電位為4.3V，低于溶劑的氧化電位，其可以優(yōu)先在正極表面氧化聚合形成聚合物保護(hù)膜。噻吩作為電解液添加劑可明顯改善LNMO//Li電池循環(huán)性能。在電解液中加入體積分?jǐn)?shù)0.05％噻吩后，電池室溫1C下200次后容量保持率由89.2％提高到93.9％，但其對(duì)電池高溫性能改善不明顯。TEM證實(shí)了噻吩聚合物膜的存在，SEM、EIS、XPS、TG-DSC測(cè)試表明噻吩在正極表面形成的聚

4、合物膜可以有效抑制電解液的分解，減小充放電循環(huán)過(guò)程中電池內(nèi)阻的增加，并能提高電池滿電狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性。
　　3、通過(guò)篩選將二苯醚(DPE)作為電解液添加劑用于改善LNMO//Li電池的高溫循環(huán)性能。理論計(jì)算及LSV測(cè)試顯示DPE的氧化聚合電位為4.5V，低于溶劑的氧化電位，其可以優(yōu)先在正極極片表面氧化聚合成膜。DPE作為電解液添加劑可明顯改善LNMO//Li電池高溫循環(huán)性能。在電解液中加入體積分?jǐn)?shù)0.1％DPE后，電池55℃、1C

5、下100次后容量保持率由41.2％提高到90.5％。TEM表明DPE在LNMO顆粒表面形成了均勻的聚合物膜，其厚度大約18nm。SEM、EIS、XRD、FTIR、DSC測(cè)試表明電解液在高溫高電壓下的分解和活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞是電池容量衰減的主要原因，DPE在正極表面形成的聚合物膜能有效抑制電解液在高溫下的分解，防止尖晶石結(jié)構(gòu)的破壞，減緩電池內(nèi)阻的增加，提高電池滿充電狀態(tài)下的安全性能。
　　4、采用澆鑄法制備了納米SiO2/PVDF/

6、PMMA復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)。通過(guò)對(duì)PVDF/PMMA質(zhì)量配比、增塑劑類型、鋰鹽濃度、SiO2摻雜量的優(yōu)化，得出了制備納米SiO2摻雜PVDF/PMMA基凝膠電解質(zhì)的最佳條件為:PVDF/PMMA(3∶1)、增塑劑類型EC+PC、鋰鹽濃度1mol/L、SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％。測(cè)試表明最佳條件下制備的聚合物電解質(zhì)150℃之前基本處于熱穩(wěn)定狀態(tài)，室溫下離子電導(dǎo)率達(dá)5.54mS/cm，電化學(xué)穩(wěn)定窗口5.2V，鋰離子遷移數(shù)為0.55。55℃下