成膜添加剂对石墨电极性能改善的研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangyuxin_718
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锂离子电池技术由于可作为电动汽车的动力电源而在近年来日益显示其重要性。锂离子电池在首次充放电过程中形成的固体电解质相界面膜对电池的性能起到关键的影响作用。选择合适的电解液成膜添加剂,促进电极表面形成有利于电池性能提高的SEI膜是改善锂离子电池最简单、经济的手段之一。本文研究了碳酸钾、碳酸钠、氟化锂等无机盐作为锂离子电池电解液成膜添加剂对石墨电极性能的影响,首次创新性地提出将维生素E用作电解液成膜添加剂,研究了石墨负极在含有不同添加剂电解液中的电化学性能,深入研究了石墨电极性能改善的机理。测试手段包括充放电测试、循环伏安法、电化学阻抗谱、扫描电子显微镜等,实验主要内容和结论如下:(1)在1mol/L LiPF6-EC:DEC电解液中添加饱和K2CO3,运用循环伏安法、充放电测试和电化学阻抗谱测试研究了K2CO3对电池性能的影响。通过扫描电镜分析了添加K2CO3前后SEI膜形貌及组成的变化,结果表明两种电解液中形成的SEI膜拥有不同的形貌,组分也发生一定程度的改变;CV结果显示,K2CO3的加入可以有效抑制电解液溶剂EC的还原分解,从而改善了石墨电极的电化学性能;EIS结果表明,加入K2CO3使得电极的整体阻抗和SEI膜阻抗都有所减小,有利于电池性能的提高。(2)研究了碳酸钠作为成膜添加剂对锂离子电池石墨电极的影响。运用扫描电子显微镜观察了在未添加和添加了Na2CO3的电解液中石墨电极表面SEI膜形貌和结构的变化;采用循环伏安法和电化学阻抗谱测试技术研究了Na2CO3对石墨电极电化学性能的影响。结果表明,在1mol/L LiPF6-EC:DEC电解液中添加饱和Na2CO3可以促进形成更加光滑致密的SEI膜,增大电极反应的可逆性,有效抑制电化学过程中电解液的还原分解,从而提高石墨电极的电化学循环性能。(3)研究了1mol/L LiPF6-EC:DEC:DMC电解液中维生素E和LiF的加入对石墨电极表面SEI膜形貌、结构和电化学性能的影响。SEM图观察结果表示,LiF和维生素E添加到电解液中,促进了SEI膜的形成,改善了SEI膜结构;充放电结果表明,该两种添加剂均可以显著提高石墨电极的首次充放电容量和库伦效率;CV研究结果表明,电解液中添加3%维生素E和LiF能抑制首次循环过程中EC的第一步还原反应,提高锂离子嵌入脱出的可逆性,从而提高首次可逆容量,改善循环性能。
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