锂离子电池LiBOB/PC体系电解液的性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chi2046
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双草酸硼酸锂(LiB(C2O4)2,LiBOB)是一种新型有机硼酸锂盐,它合成简单,具有良好的热稳定性和电化学稳定性,与碳酸丙烯酯(PC)等有机溶剂构成的电解液能在石墨上形成稳定而致密的固体电解质相界面(solid electrolyte interphase,SEI)膜,是最可能替代现有电解质盐 LiPF6、实现工业化生产的锂盐之一。本文研究了 LiBOB/PC体系电解液的电化学性能,通过循环伏安(CV)、充放电测试、电化学阻抗谱(EIS)和扫描电镜(SEM)等方法考察了该电解液体系与正负极材料的兼容性,同时对LiBOB和LiPF6混合电解液以及LiBOB作为成膜添加剂的电解液性能进行了研究。  经过优化选择,确定0.8mol·L-1 LiBOB/PC+EC+DEC(1:1:1)确定为最终优化的电解液组成,其电化学窗口为4.6V,20℃时电导率为3.3mS·cm-1。负极石墨HMG与电解液的兼容性最好,常温、高温的循环比容量分别为343.3mAh·g-1、351.9mAh·g-1,高温倍率性能好,从0.1C改变到1.0C容量保持在355mAh·g-1左右,而常温1.0C时的比容量仅为0.1C时的80%。正极材料LiFePO4常温循环经过活化后容量稳定在140mAh·g-1,高温循环性能和高温倍率性能很好,适合大电流充放,确定为优化电解液适合的正极材料。  通过 SEM表征发现 HMG在优化电解液中常温和高温循环时极片表面均形成了致密而有效的SEI膜;EIS测试发现,电极表面膜电阻在循环过程中的逐渐减小使得锂离子的迁移阻力逐渐减小进而促进循环稳定性,XPS、FTIR测试证明SEI膜的有效成分为环状碳酸盐和BOB-离子还原产生的的烷基碳酸盐/草酸盐等。  对电解液0.8mol·L-1 LiBOB/PC+EC+DEC(1:1:1)和1.0mol·L-1 LiPF6/PC+EC+DEC(1:1:1)混合后进行性能测试发现,HMG在LiBOB基电解液中的循环性能要优于 LiPF6基电解液。将2wt.%的 LiBOB加入到1.0mol·L-1 LiPF6/PC+EC+DEC(1:1:1)溶液中,由于 LiBOB具有很好的成膜性使得常温、高温的循环比容量分别稳定在330mAh·g-1、335mAh·g-1。
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