電解液中痕量水和金屬離子雜質(zhì)對電池性能影響的研究.pdf

1、目前，從微電子技術到交通運輸，可充電電池的使用越來越廣泛，要求也越來越苛刻，鋰離子電池已經(jīng)成為能量存儲和轉(zhuǎn)換設備中使用最廣泛的電池。但隨之而來的問題也不斷凸顯，其中，容量衰減成為限制鋰離子電池進一步發(fā)展的主要瓶頸。研究發(fā)現(xiàn)，痕量水和過渡金屬離子的溶蝕對電池性能破壞非常嚴重。在鋰離子電池的生產(chǎn)制備過程中痕量水的存在是不可避免的，這會導致電池的不可逆容量損失，影響固體電解質(zhì)界面膜的形成，且會引起集流體和陰極材料的腐蝕。過渡金屬離子在正極的溶

2、蝕，不僅導致正極可用活性材料損失，且溶蝕的金屬離子在電解液中遷移并沉積在負極，致使固體電解質(zhì)界面膜嚴重損害，還有部分金屬離子插入石墨層導致負極容量衰減。因此，探究痕量水和過渡金屬離子對電池性能破壞的機理和提出相對應的抑制措施成為目前研究的重點。
　　本論文主要進行以下三方面的研究。第一，以六氟磷酸鋰-碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯電解液和雙草酸硼酸鋰-環(huán)丁砜/碳酸二乙酯電解液為研究對象，通過調(diào)節(jié)電解液中痕量水的含量，系統(tǒng)地研究電解液中不同

3、含量的痕量水對鋰離子電池綜合性能的影響。若以100個循環(huán)后的容量保持率低于85%為電池失效的衡量標準，則六氟磷酸鋰-碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯和雙草酸硼酸鋰-環(huán)丁砜/碳酸二乙酯電解液中痕量水的臨界值分別為0.2113‰和0.5391‰。第二，采用商用電解液六氟磷酸鋰-碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯作為參比電解液，研究雙草酸硼酸鋰作為電解質(zhì)鋰鹽對負極錳沉積的抑制作用。雙草酸硼酸鋰-環(huán)丁砜/碳酸二乙酯電解液體系具有優(yōu)異的成膜性，能在石墨電極表面形成致密

4、的保護膜，可有效地抑制錳沉積。但當電解液中錳濃度過高時由于存在電化學吸附的作用，所以固體電解質(zhì)界面膜表面仍有少量錳離子被檢測到。這些錳離子會催化電解液的分解，分解產(chǎn)物沉積在固體電解質(zhì)界面膜表面上，增加了電池阻抗，從而降低電池的循環(huán)穩(wěn)定性。通過前兩部分的研究，明確痕量水和金屬離子破壞電池性能的機理，并構(gòu)建新型的電解液體系來抑制電解液中痕量水和過渡金屬離子對電池造成的破壞。第三，利用噴霧沉積技術，采用硫酸鋰水溶液對石墨電極表面進行預處理。經(jīng)