二苯二硫醚功能添加剂对锂离子电池电化学性能影响研究

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锂离子电池以其高能量密度、低自放电、无记忆和循环寿命长等特点,被广泛应用于便携式移动产品。通过在电解液中加入功能添加剂分子,在电极表面形成固体电解质界面膜,已被证明是提高锂离子电池能量密度和安全性能的有效方法。特别是,性能良好的固体电解质界面膜可提高电池的高压和高温性能。基于硫醚易于被氧化,能有效“捕捉”正极材料在高电压条件下产生的氧化活性物质,有望成为性能优良的一类新型成膜功能分子。本论文以芳香基硫醚类衍生物二苯二硫醚(DPDS)作为功能分子添加到电解液中,通过线性扫描(LSV),循环伏安(CV),恒电流充放电,电化学阻抗(EIS),扫描电镜(SEM),X-射线粉末衍射(XRD),能谱分析(EDS)和红外光谱(IR)等测试手段,研究它们对锂离子电池的高压和高温性能的影响并探讨了其作用机理。研究结果如下:  1)用电化学方法和光谱学方法研究了DPDS作为电解质功能添加剂分子对LiCoO2/C电池性能的影响。结果表明,无论是在石墨电极还是在LiCoO2电极表面上,DPDS都能优先于电解液溶剂分子发生反应,参与负极界面膜和正极界面膜的形成过程。添加0.5%、1.0%和2.0% DPDS到电解液中,在充电电压3.0-4.2V工作范围内循环200周后,能够使电池的容量保持率从59.41%分别提高到75.62%、81.15%和90.34%。然而,在3.0-4.4V工作范围内,电解液中添加0.5%和1.0% DPDS,电池循环200周后,容量从72.74%分别提高到77.12%和80.69%。通过材料表面元素组成分析可知,在不同工作电压范围内进行循环时,电池正负极表面由DPDS分解生成的含硫物质不同,这些产物能够有效提高电极表面膜的稳定性,进而提高电池的性能。  2)研究了DPDS功能添加剂分子对Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2/C电池高电压条件下的高温性能影响。结果表明,在电解液中加入0.5% DPDS,在常温循环150周后,电池的容量保持率从55.3%提高到79.2%。在高温55℃循环100周后,加入1.0% DPDS的电池容量保持率从44.4%提高到68.3%。此外,在85℃存储8h,与未添加添加剂电池相比,加有1.0% DPDS电池的厚度和内阻变化率都减小。添加剂提高电池高温的原因可归结为,在电池电解液中加入DPDS后,能够在石墨负极和Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极的界面上形成热稳定性良好的界面膜,从而减少电池充放电过程中电极界面上副反应的发生,提高电池的高温性能。
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