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锂离子电池凭借其高能量密度、无污染、循环寿命长等优点,在普通的数码类产品、移动类通信设备、电动工具等便携式产品中获得了大范围的使用,同时在混合动力车、插入式电动汽车及纯电动汽车方面的应用前景也是呼声高涨,因此是否采用目前优势明显的锂离子电池作为电动汽车的动力电池能为目前讨论和研究的热点,它的使用与否都将指引着新能源汽车产业化的主要方向。与此同时,全世界都迈进或即将迈进3G/4G时代,手机及上网本的逐步普及,手机的上网、游戏、影音的使用率更为频繁,上述这些功能都需要较长的手机操作时间,要求手机电池具有更久的续航能力,即需要提高电池的体积比容量,此时锂离子电池的安全问题亟需重点考虑。因为锂离子电池在炎热地带、亚热带(或高温工作环境)下使用,会发生鼓胀、放气、燃烧甚至爆炸等,存在着严重的安全隐患。这主要由于所使用的电解液为有机电解液,其组成碳酸酯类有机溶剂和电解质锂盐六氟磷酸锂高温下存在着闪点低和副反应严重等缺陷,同时在负极材料表面形成的固体电解质界面膜(SEI)热稳定性差,高温下容易发生分解产生气体,此时嵌锂石墨化合物暴露在电解液中,且容易和电解液发生反应产生大量气体。因此研究锂离子电池的热稳定性显得尤为必要。 针对上述锂离子电池在高温下出现的主要问题,本文主要从电解液和负极表面的SEI膜开展研究工作。(1)在有机电解液中使用不同添加剂,分析了石墨负极/电解液界面性质,研究了不同添加剂对固体电解质界面膜性质、电极电化学性能和电池的高温储存、循环性能的影响。(2)制备了纳米片状CuFeS2,将其制备成电极片,以锂作为对电极进行了电化学性能研究,并对其可以嵌脱锂的原因进行了初步探索。具体研究的结果如下: 1、复合使用碳酸亚乙烯酯VC和1,3-丙烷磺酸内酯1,3-PS作为电解液1.0MLiPF6EC/EMC(3/7,wt.)添加剂,研究其对石墨电极电化学性能以及对锂离子电池高温储存和循环性能的影响。结果表明:VC和1,3-PS可以先后在石墨负极表面发生还原反应形成SEI膜,降低石墨电极表面的电化学阻抗,且能显著减小电池的鼓胀率和改善电池的高温循环性能,原因可能是VC和1,3-PS在首次充电过程中的还原产物Li2CO3和R-SO3Li构成SEI膜的主要成分,这层无机-有机复合SEI膜较稳定提高电池的高温储存和循环性能。 2、添加含有萘环的1,8-萘磺酸内酯1,8-NS作为电解液1.0MLiPF6EC/EMC(3/7,wt.)的添加剂,研究其对电池70℃搁置48h后电池厚度及内阻的变化和60℃的循环过程中内阻变化、容量的衰减情况及对石墨电极表面成膜性能和阻抗的影响。研究结果表明:1%1,8-NS可以较显著的改善电池的高温储存和高温循环性能,可能的原因是1,8-NSca.1.2V左右在石墨负极表面发生还原反应形成SEI膜(主要成分为Li2S,C-S-C,C-S,R-SO2Li和R-SO3Li),提高了电池的热稳定性,降低了石墨电极表面电化学阻抗。 3、以甲烷二磺酸亚甲酯MMDS作为电解液1.0MLiPF6EC/EMC(3/7,wt.)的添加剂。研究其对锰酸锂电池的性能及对锰酸锂和石墨电极电化学性能的影响。研究结果发现,MMDS的加入可以显著提高锰酸锂电池循环过程中的容量保持率,电池高温储存的鼓胀率也有所改善,可能的原因是MMDS在锰酸锂和石墨电极表面发生氧化和还原反应形成电解质界面膜,改善了锰酸锂电池的循环稳定性。 4、采用了一步水热法制备了纳米片状CuFeS2,并将其作为锂离子电池的负极材料进行了电化学行为研究,对Li+在CuFeS2中的脱嵌机理进行了初探;同时对CuFeS2进行了碳包覆改性,碳包覆后的CuFeS2(CuFeS2/C)具有良好的循环性能和倍率性能。