LiFePO-,4--AC-AG-AC超級電容電池用雙功能電解液及其與電極材料的相容性研究.pdf

1、超級電容電池是一種兼具鋰離子二次電池高能量密度和超級電容器高功率密度優(yōu)點的新型儲能器件，在交通運輸、移動通訊、信息技術(shù)等方面具有極其重要的應(yīng)用前景。電解液作為其核心組成之一，對超級電容電池的容量、內(nèi)阻、壽命、溫度特性、電極/電解液的界面性能等有著重要影響。本文將超級電容器電解質(zhì)鹽四氟硼酸四乙基銨(TEABF4)作為添加劑與鋰離子電池電解質(zhì)鹽LiPF6復(fù)合，研究了LiPF6-TEABF4復(fù)合鹽電解液與LiFePO4正極、人造石墨(AG)負(fù)

2、極的相容性；然后拓寬電解液溶劑并優(yōu)化TEABF4濃度，借助LiFePO4/AG電池和AC/AC電容器手段，得到一種與兩種儲能器件具有良好相容性的復(fù)合鹽“雙功能”電解液；最后將優(yōu)選出的雙功能電解液應(yīng)用于LiFePO4-AC/AG-AC型超級電容電池中，研究其電化學(xué)性能。獲得以下結(jié)論：
　　 (1)LiFePO4/Li半電池在LiPF6-TEABF4復(fù)合鹽電解液中的充放電效率都達到了92％以上。從充放電容量來看，半電池在A體系電解液

3、中的首次放電容量都在140mAh/g以上，略高于半電池在D體系電解液中的首次放電容量。無論電解液中是否含有PC，添加一定量的TEABF4都在一定程度上提高了電池的充放電容量，說明LiPF6-TEABF4復(fù)合鹽電解液與正極材料LiFePO4的相容性較好。
　　 (2)AG/Li電池在LiPF6-TEABF4復(fù)合鹽電解液中發(fā)揮較高的充放電容量和效率，添加0.1M TEABF4降低了常規(guī)電解液A與石墨負(fù)極之間的界面阻抗，首次陰極極化E

4、IS研究和紅外光譜測試可以發(fā)現(xiàn)，1.0V～0.5V是SEI膜的形成電位區(qū)間，而0.5V以下是SEI膜的修復(fù)階段，SEI膜的主要成分是ROCO2Li，Li2CO3，ROLi等；添加0.3M TEABF4的電解液D3與A體系電解液相似，能明顯的觀察到SEI膜的形成和修復(fù)，并且形成的SEI膜阻抗較低，TEABF4改善了含PC電解液與AG負(fù)極的相容性。
　　 (3)復(fù)合一定量的TEABF4不但提高了LiFePO4AG電池的充放電容量，改

5、善了電池的倍率和循環(huán)性能，而且提高了AC/AC電容器在LiPF6電解液中的充放電電容。綜合LiFePO4/AG電池和AC/AC電容器性能考慮，EC-PC-DMC-EMC溶劑體系復(fù)合0.1M TEABF4電解液C1有著較好的綜合性能，LiFePO4/AG電池在該電解液中的平均容量達423mAh，常溫25℃和高溫65℃下經(jīng)100次循環(huán)后，電池容量保持率分別為98.4％和89.4％。AC/AC電容器在該電解液中充放電曲線呈良好的線性關(guān)系，15

6、00次循環(huán)后電容達2.4F。將優(yōu)選出的既適合鋰離子電池又適合雙電層電容器的“雙功能”電解液C1用于LiFePO4-AC/AG-AC超級電容電池中，與常規(guī)鋰離子電池電解液C：1.0M LiPF6/EC-PC-DMC-EMC對比，發(fā)現(xiàn)超級電容電池在雙功能電解液發(fā)揮更高放電容量（高出8.5％）。
　　 綜上所述，本文提出適用于LiFePO4-AC/AG-AC超級電容電池的雙功能電解液；其配方為1.0MLiPF6＋0.1MTEABF4/