FEC对不同混盐电解液体系的影响

少量添加剂的使用，可以改善锂离子电池的低温性能。采用不同锂盐[四氟硼酸锂(LiBF₄)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)]及添加剂[氟代碳酸乙烯酯(FEC)],与溶剂EC+PC+EMC+EA(体积比1∶1∶1∶2)构建电解液体系，对LiCoO₂/Li半电池进行测试，考察电池的首次充放电、倍率及循环性能，循环伏安(CV)曲线、电化学阻抗谱(EIS)、SEM和X射线光电子能谱(XPS)等。FEC最佳加入量为3%(质量分数)。在-20℃下，0.5 mol/L LiBF₄+0.5 mol/L LiODFB/PC+EC+EMC+EA+3%FEC体系组装的电池，以0.1 C在2.7～4.2 V循环50次后，放电比容量为113.5 mAh/g,容量保持率为96.34%,高于未添加FEC电解液组装的电池。添加一定量FEC,有利于提高该电解液体系电池的放电比容量及低温下的循环稳定性。     

一种应用于电池电解液中环保型添加剂的性能研究

在电解液LB-5617中添加环保型添加剂双草酸硼酸锂(LiBOB),可有效提高电解液的抗氧化性,且有利于电解液体系电导率的发挥,该电解液应用于磷酸铁锂电池体系能明显提高电池的循环寿命。     

高温锂离子电池用混盐电解液体系

正极电解质相界面(CEI)膜会影响锂离子电池的高温性能。商用电解液在高温下的热稳定性差,形成的CEI膜不够稳定,易导致电池失效。以热稳定性及成膜性能良好的双三氟磺酰亚胺锂(LiTFSI)和二氟草酸硼酸锂(LiODFB)为锂盐,EC+EMC(体积比3∶7)为溶剂,构建电解液体系,考察制备的LiCoO₂/Li半电池的电化学性能。在70℃下,LiCoO₂/Li半电池在0.5 mol/L LiTFSI+0.5 mol/L LiODFB基电解液体系下,以1.0 C在2.7～4.2 V循环,首次放电比容量为131.2 mAh/g,循环100次的容量保持率为90.8%。这得益于电解液体系生成了均匀、致密且具有良好离子电导率的CEI膜。     

混合盐电解液对锂离子电容器性能的影响

优化电解液配方可提高锂离子电容器的性能。以六氟磷酸锂(LiPF₆)和离子导电性好、热稳定性高的双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)为溶质，碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)/碳酸甲乙酯(EMC)(体积比1∶1∶1)为溶剂，配制锂离子电容器电解液。调控LiTFSI的添加量，研究LiPF₆和LiTFSI混合盐电解液对镍钴锰酸锂(LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2O₂)+活性炭(AC)/硬碳(HC)锂离子电容器性能的影响。通过循环伏安、线性伏安、交流阻抗和充放电等测试，比较各电解液体系中锂离子电容器的比容量、循环稳定性等性能。与LiPF₆电解液相比，LiTFSI的加入可提高电解液的导电性和电压窗口，改善器件的容量发挥和循环稳定性。当LiTFSI添加量为0.2 mol/L时，锂离子电容器的比能量和比功率最高，以5.0 C倍率在2.5～4.0 V循环5 000次后，容量保持率达91.3%。     

混合锂盐LiTFSI-LiODFB基电解液的高温性能

研究双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)和二氟草酸硼酸锂(LiODFB)混合锂盐电解液用于磷酸铁锂(LiFePO_4)锂离子电池时的高温60℃性能,用SEM和X射线光电子能谱(XPS)研究高温60℃下LiTFSI基电解液对铝箔的腐蚀及LiODFB的防腐蚀机理。在高温60℃下,LiODFB的加入能减少LiTFSI基电解液对铝箔的腐蚀;当LiTFSI与LiODFB物质的量比为4∶6时,混盐基电解液电池以1 C在2.5~4.2 V充放电,第80次循环的放电容量保持率为99.7%,优于商业化六氟磷酸锂(LiPF_6)基电解液电池的58.6%。     

锂硫电池电解液研究进展

锂硫电池的理论比能量为2600Wh/kg,被认为是继锂离子电池后最接近商业化的高比能量二次电池体系。基于锂硫电池的液态反应类型,一方面,多硫离子的溶解不可避免且对锂硫电池十分必要,但另一方面,活性物质利用率低和循环性能差是制约锂硫电池发展的关键因素,这些都与所用电解液的组成等密切相关,从电解液的角度改善高比能量锂硫电池的性能显然更为有效。本文从溶剂、锂盐和添加剂的角度对近年来锂硫电池电解液的研发进展进行了总结。     

聚合物电解液添加剂对锂硫电池性能的影响

采用聚乙二醇二甲醚(PEGDME)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化乙烯(PEO)作为聚合物电解液添加剂,通过充放电测试研究了这些添加剂对锂硫电池电化学性能的影响。研究结果表明,添加2%(质量分数)电解液添加剂PVP能有效提高锂硫电池的循环性能和库仑效率,在电流密度为200 m A/g下,前50次的电池放电容量保持率由42.8%提高到50.8%,首次循环库仑效率由60.2%提高到95.3%。     

LiDFOB对LiCoO_2锂离子电池循环稳定性的影响

采用线性伏安扫描(LSV)、SEM、X射线光电子能谱(XPS)、恒流充放电等方法,研究二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)作为电解液添加剂对钴酸锂(LiCoO_2)正极锂离子电池循环稳定性的影响。在3.0~7.0 V,首次到第4次扫描时,添加LiDFOB的电解液,氧化电流逐渐减小;LiDFOB可在LiCoO_2电极表面形成含有LiF、O-B化合物的保护膜;含3%LiDFOB的电解液可抑制隔膜在常温及高温循环过程中的氧化;使用含1%、3%LiDFOB电解液的LiCoO_2/石墨全电池,循环500次的容量保持率分别为80.88%、86.62%,高于空白组的74.75%。LiDFOB提高电池循环稳定性的原因是:使铝集流体钝化,降低了电解液的氧化分解电流;在正极表面形成保护膜,抑制电解液/电极界面的副反应;对隔膜具有抗氧化保护作用。     

添加剂PhIS对LiFePO4锂离子电池性能的影响

为提高石墨/磷酸铁锂(LiFePO₄)锂离子电池的性能，研究2-苯基-1H-咪唑-1-磺酸酯(PhIS)作为电解液添加剂对石墨/LiFePO₄软包装锂离子电池性能的影响。PhIS对LiFePO₄锂离子电池的高温存储、低温放电、不同温度循环及阻抗等均有改善效果。PhIS添加量为1.0%(质量分数)的电池以0.2 C充电、0.5 C放电，在-10℃低温下于2.00～3.65 V循环200次的容量保持率为88.1%;60℃高温存储60 d,直流阻抗(DCR)增长率与未添加PhIS的对照组相比降低13.0%。     

T_5TFSI用于锂离子电池电解液的性能

研究了基于烷基噻吩阳离子的离子液体烷基噻吩二(三氟甲基磺酰)亚胺(T_5TFSI)用于锂离子电池电解液的性能,分析了添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)和γ-丁内酯(GBL)的影响.在0.4 mol/L的二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)/T_5TFSI中分别加入10%的VC或GBL时,0.1 C首次放电的比容量都可达到150 mAh/g.当w(vc)≤10%时,随着w(VC)的增加,电池的首次放电比容量增加,循环稳定性提高.当加入10%的GBL时,以0.1 C循环的库仑效率接近100%;以0.1 C循环100次的容量保持率为60%.     

两步法加碳制备磷酸铁锂电池正极材料研究

阐述了磷酸铁锂电池的应用,分析磷酸铁锂的结构特性,并采用两步法加入碳源的工艺制备磷酸铁锂电池的正极材料,通过X射线衍射光谱法(XRD)、能量散射光谱(EDS)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)进行了分析,结果表明LiFePO_4/C材料性能得到了很大提高。     

二草酸硼酸锂对钛酸锂负极电池高温性能的影响

研究二草酸硼酸锂(LiBOB)作为成膜添加剂对钛酸锂(Li4Ti5O12)/LiNi1/4Co1/2Mn1/4O2电池高温性能的影响。通过循环伏安扫描、X射线光电子能谱分析,考察LiBOB在Li4Ti5O12负极上的成膜情况,用电化学交流阻抗谱考察膜的热稳定性。添加剂LiBOB在钛酸锂负极的还原电位为1.75 V(vs.Li/Li+),优先于电解液在负极表面发生电化学反应形成固体电解质相界面(SEI)膜。该膜可降低电池的电荷转移阻抗,有利于提高电池的高温循环和高温储存性能。     

TTFP在锂离子蓄电池电解液中的阻燃性能

为了研究三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯(TTFP)作为锂离子蓄电池电解液阻燃剂的阻燃效果及其对电池电性能的影响,采用自熄时间(SET)法测试了TTFP对1mol/LLiPF6 EC/DMC(1∶1w/w)锂离子蓄电池电解液的阻燃性能;采用测电导率的方法研究了TTFP对电解液电导率的影响,并分别以其作为Li/LiCoO2、Li/MCMB和MCMB/LiCoO2电池的电解液阻燃添加剂分析了TTFP在MCMB负极、LiCoO2正极上的电化学稳定性及其对电池电性能的影响。研究结果表明,TTFP可显著降低电池电解液的可燃性,电解液的可燃性随着电解液中TTFP含量的增大而迅速降低,电解液的电导率也降低,当TTFP浓度为20%(质量百分数,以下同)时,电解液的SET几乎为零,电解液电导率的下降幅度与电解液中TTFP的浓度呈线性关系。TTFP在MCMB负极材料和LiCoO2正极材料上的电化学稳定性良好。TTFP不但对MCMB/LiCoO2电池的电化学性能的影响很小,而且能够明显提高其安全性能。研究结果对于开发锂离子蓄电池电解液新型阻燃剂和提高锂离子蓄电池的安全性能具有一定的理论意义和实用价值。     

锂电池宽温度范围电解液研究现状

综述了锂离子电池适用于宽温度范围电解液的研究现状和发展前景。总结了前人在新型锂盐的开发和研究、溶剂体系的改善、添加剂的引入等方面做出的努力,提出了从寻找能替代Li PF6的锂盐以提高电池的高温性能,研究新的溶剂组合和新型低熔点溶剂以提升电池的低温性能,再结合其他添加剂改善电解液与电极界面性能来拓宽锂离子电池应用的温度范围的研究思路。     

高能量密度镍钴铝酸锂/钛酸锂电池体系的热稳定性研究

目前,锂离子电池的安全问题越来越受到各界关注。为此,采用C80微量量热仪对镍钴铝酸锂/钛酸锂电池的主要电池材料体系进行热稳定性测试,采用ARC进行镍钴铝酸锂/钛酸锂电池的热失控试验,两相结合分析镍钴铝酸锂/钛酸锂电池体系的热稳定性。研究发现,电池热失控的温度(171℃)与隔膜的熔断温度(168.62℃)相近,LTO/电解液体系的活化能(75.43 k J/mol)远低于NCA/电解液体系(246.97 k J/mol),但NCA/电解液体系的发热量(908.42 J/g)却远高于LTO/电解液体系(284.63 J/g)。由此表明,镍钴铝酸锂/钛酸锂电池的热失控过程为:隔膜熔断导致正负极短路,然后负极材料与电解液反应积累热量,进而导致正极材料与电解液反应大量放热。整个过程从引发至热失控达到最高温度用时仅45 s。     

阻燃-成膜添加剂复配高安全性电解液在锂离子电池中的应用

本论文合成了阻燃添加剂三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯(TFP),并将其与负极成膜添加剂复配组成高安全性电解液,以提高锂离子电池的安全性和电化学性能。在基准电解液(1.0 mol/L LiPF_6/EC+DEC(1∶1,v/v))中引入5%~20%TFP,电解液的阻燃性能显著提高;当TFP含量增加到20%时,电解液几乎不燃。但含20%TFP的高安全性电解液在石墨/LiCoO_2电池体系中的循环性能较差,半电池的测试结果表明:TFP与石墨负极兼容性较差。通过添加质量分数为1%的成膜添加剂(碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)),组成阻燃-成膜添加剂复配电解液体系,来改善20%TFP电解液的电化学性能,其中1%FEC的改善效果最显著:在石墨/LiCoO_2全电池体系和石墨/LiFePO_4全电池中都表现出优异的电化学性能,表明该阻燃-成膜添加剂复配的高安全性电解液具有重要的研究价值和广阔的应用前景。     

正交实验法提高MH/Ni电池的高温性能

研究了改善MH/Ni电池高温性能的两种方法:一是在正极中加入活性物质添加剂,二是改变电解液成分。实验结果表明:在正极中加入ZnO、CaF2、Ba(OH)2,以及增加电解液中LiOH含量,MH/Ni电池在高温下的放电容量和放电平台都有显著提高。综合25～60℃下的结果,最佳添加剂用量为w(ZnO)=1%、w(CaF2)=3%、w[Ba(OH)2]=0 7%。     

复合三元电池高温循环性能研究

针对LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2(NCM)和LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4(LMFP)复合三元电池,从电解液溶剂体系筛选、锂盐研究以及添加剂使用三个方面系统研究了电解液对电池高温性能的影响,通过新型锂盐、添加剂的使用,提升了电池55℃高温循环性能。结果显示:使用DEC代替DMC作为溶剂,降低EMC含量能够有效提升复合三元电池高温性能,高温55℃循环从150次提升至300次;使用1.0 mol/L LiPF_6+0.2 mol/L LiFSI,电池阻抗明显降低,电池高温循环进一步得到提升,55℃循环提升至500次;添加0.5%(质量分数)的LiODFB成膜添加剂时,能够改善负极成膜效果,55℃高温循环提升至700次,当加入过量LiODFB时,电池产生大量CO和CO_2,造成复合三元电池高温循环性能恶化。     

高压镍锰酸锂电池电解液体系探索研究

新型正极材料高压镍锰酸锂的平台电位在4.75Vvs Li~+/Li,因此普遍认为电解液在高电位下的氧化分解是限制其应用的瓶颈。我们的研究工作发现,在半电池内、以纯碳酸酯为溶剂,镍锰酸锂表现出较好的循环稳定性,常规溶剂组合可以实现循环300周后容量保持80%以上,溶剂优化后,甚至达到92%以上的保持率。这表明高压镍锰酸锂电池正极一侧对添加剂的需求并不迫切。但是,我们发现部分常用石墨负极添加剂会对高压镍锰酸锂的循环性产生负面作用。本文中列举了碳酸亚乙烯酯(VC)和亚硫酸乙烯酯(ES)的氧化行为,发现它们分别在4.6V和4.05Vvs Li~+/Li会有明显分解反应。含有VC、ES添加剂的电解液使得镍锰酸锂电池的放电容量显著降低,在其电极表面有一层厚厚的沉积物,同时电池的阻抗显著增加。实验结果表明,在商品电池内广泛使用的负极添加剂,可能会优先在高压镍锰酸锂一侧发生正极氧化分解。因此,镍锰酸锂电池需要重新设计电解液体系。     

锂锰电池电解液的改进研究

从电导率、安全性能和脱水处理等方面对锂锰电池电解液进行了改进研究,探讨了不同的溶剂体系、电解液添加剂以及脱水处理方法对电解液性能的影响。结果表明,锂锰电池电解液的选择应该根据电池的使用条件(如温度、容量等)采用不同的溶剂配方。电解液中加入一定量的添加剂后可以降低电池的内阻,提高电池的放电性能。在不影响电池性能的前提下,添加某些阻燃型添加剂后可以提高电池的安全性能。采用所介绍的脱水处理方法,电解液含水量可以降到2.5×10-5以下,杂质含量符合要求。