锂离子电池高压电解液添加剂的电化学性能研究

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为了适应锂离子电池电动车日益增长的高能量密度市场需求,在工作电压这方面,也进一步对电池高压工作环境提出了更高的要求。目前传统商业电解液中的主盐Li PF6和碳酸酯溶剂在电压下不满足高抗氧化的条件,在4.3V以上会导致电解质溶剂的严重分解和表面层的持续生长,从而导致库仑效率低、容量衰减快。因此,开发研究耐高压的电解液,可以促进新能源行业的发展。为了解决以上问题,本文采用LiNi0.5Mn1.5O2和LiNi0.8Co0.15Al0.05O2两种正极材料,研究并分析全新的高压电解液对其电化学性能的影响。首先,本文通过循环性能测试的综合对比,选取2%己二腈(ADN)加入到0.5mol-L-1LiPF6-EC/EMC+0.5 mol L-1Li BF4-GBL,并利用三元正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2研究对其电化学性能。相对于普通商业电解液和不添加ADN的体系其放电比容量在常温4.5V下分别可达到196.2 mAh/g和207.2 mAh/g,200圈循环容量保持率为60%和36%,而含有ADN添加剂的体系其放电比容量为212mAh/g,200圈循环容量保持率为73%,甚至在-20℃下100圈容量保持率可达到82%。并通过XPS和TEM分析认为,己二腈高抗氧化稳定性的优势使得LiNi0.8Co0.15Al0.05O2在高电压循环过程中形成致密均匀的电子绝缘体却是Li+的优良导体SEI膜,保护电极与电解液的持续反应,提升电池的整体性能。随后,本文在高抗氧化稳定性己二腈作主溶剂的基础上,匹配2%具有良好成膜效果的氟代碳酸乙烯酯(FEC)作添加剂,在室温下,对5V级镍锰酸锂LiNi0.5Mn1.5O4正极材料上研究了2 mol L-1Li BF4-GBL/ADN+2%FEC对其电化学性能的影响。含FEC添加剂的体系能够使电池循环稳定性能提高,1C倍率下,100圈循环容量保持率可达到83%,而不含FEC体系和普通商业电解液体系的容量保持率仅为77%和68%,其倍率性能也表现出优异的性能,但大倍率性能优势不够明显。并通过以Li4Ti5O12作负极的全电池,研究了在ADN和FEC的协同作用下,高压电解液对全电池具有很好的相容性和脱嵌锂可逆性。
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