鋰離子電池碳基材料與電解液相容性研究.pdf

1、碳電極與電解液構成的界面性質(SEI膜)決定了鋰離子電池的庫侖效率、不可逆容量、安全性能、循環(huán)性能、自放電和高低溫性能，對整個鋰離子電池的性能都有重要影響。因此，如何提高碳電極與電解液相容性，即如何實現(xiàn)在電極/電解液界面形成性能優(yōu)良的SEI膜的問題是目前人們研究的熱點。 本文以提高鋰離子電池碳電極與電解液相容性為主要目標，以掃描電鏡，恒流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等為主要測試手段，分別從碳材料種類、添加劑方面考察了其對電極與電解

2、液界面性質的影響，并在此基礎上，對石墨電極的嵌脫鋰過程進行了詳細研究。 碳材料種類方面，材料的振實密度越小，其吸液量越大；充放電實驗表明材料的比表面積越大，其成膜過程中的耗鋰量越大，可逆容量和庫侖效率越低，即與電解液相容性越差；六種碳材料中，MCMB，BH和BF與電解液具有較好的相容性。對石墨電極進行六西格瑪優(yōu)化設計的實驗表明，石墨類(KS,SO)和碳黑類SP混合使用時具有正向的交互作用，當KS:SP=1.66(BF石墨:導電劑

3、（KS+SP）:PVDF=92:3:5)時，石墨電極和電解液相容性最好，放電比容量可以穩(wěn)定達到315mAh以上。 添加劑方面，循環(huán)伏安和充放電實驗表明添加劑XX和EMT對于石墨電極具有較好的成膜效果，其中XX的最佳含量為0.25％(wt％),EMT最佳含量為0.8％(wt％)， XX在最佳用量下，石墨電極首次庫侖效率可由51.7％提高到73.6％，不可逆容量損失由249.1 mAh·g-1減小到117.3 mAh·g-1。EIS

4、結果表明，XX添加劑可以降低SEI膜界面阻抗，對鋰離子擴散系數(shù)沒有影響。 嵌脫鋰過程方面，通過非線性擬合（NLLSF）求得不同掃描速度下石墨電極循環(huán)伏安圖中陽極峰電量Q與掃描速度v的關系為：Q=0.8v-0.506，由此判定石墨電極的陽極過程受鋰離子擴散控制；運用EIS求得石墨電極在嵌脫鋰過程中動力學參數(shù)——Rf，Rct，Dli+的變化規(guī)律；差分電量曲線表明石墨電極在嵌脫鋰過程中存在三個明顯的相變平臺，0.20/0.22，0.1