基于LiODFB和LiFSI锂盐高浓度电解质体系的研究
锂盐是影响锂电池电解质和电极性能的关键因素。开发稳定性好、有机溶剂中溶解度高、离子电导率高、易于制备且环保无毒的新型锂盐，对延长锂电池的使用寿命和提高其充放电比容量具有至关重要的意义。草酸二氟硼酸锂（LiODFB）和双氟磺酰亚胺盐（LiFSI）因其良好的电化学性能和高低温性能，高分解温度和分解电位以及安全稳定性等优点，在众多新型锂盐中脱颖而出，成为最有望取代商用六氟磷酸锂（LiPF6）的电解质锂盐。此外，锂盐的浓度也直接影响锂电池性能，高浓度锂盐锂电池由于在充放电循环过程中能够提供足够的锂离子，避免锂枝晶的形成，为锂金属二次电池的发展提供了崭新的研究思路。 本文提出了两种新型高浓度电解质体系 4M LiODFB-DME 和 4M LiFSI +LiODFB-DME。将 4M LiODFB-DME 电解质运用在锂二次电池上，通过与商用LiPF6电解质所进行的对比实验，研究其与锂金属负极和LiFePO4正极材料的相容性问题，包括室温和高温条件下，其对正极电化学性能的改善。随后讨论了混合锂盐LiODFB-LiFSI在抑制铝集流体腐蚀和改善LiFePO4锂电池性能方面的应用。 通过组装Li/Cu、Li/Li/、Li/Al和Li/LiFePO4纽扣电池，采用恒流充放电测试、倍率测试、循环伏安法和阻抗测试等电化学性能表征手段，研究新型电解质对锂电池电化学性能的影响。利用扫描电子显微镜（FEI Q600，美国）表征铜箔表面锂沉积形貌、正极材料和铝箔的表面形貌。采用 X射线电子能谱（K-Alpha，美国）分析SEI膜表面成分，分析可能的功能机制。利用热重分析仪（TGA/DSC3+，中国）测试电解质的热稳定性。获得了如下研究结论： （1）采用新型4M LiODFB-DME电解质，将Li沉积在铜箔上，1.5小时后其表面呈现光滑的固体颗粒形态，未观察到任何树枝状晶体，不会刺透隔膜引起正 负极短路；50次循环后，4M LiODFB-DME电解质中Li/Cu纽扣电池的库伦效率达到95.2%；Li/Li电池可以在1mA/cm2下循环超过3000小时；Li/LiFePO4电池在采用该高浓度电解质条件下表现出良好的电化学性能，可以达到和1M LiPF6电解质相同的水平。同时在 65℃高温下，Li/LiFePO4 电池表现出良好的容量保持率（92.5％），远高于1M LiPF6电解质（79.2％）的容量保持率。 （2）采用4M LiFSI+LiODFB-DME电解质时，研究发现该高浓度混合电解质可以有效地抑制铝箔腐蚀。该电解质与正极材料 LiFePO4、Li(NiCoMn)O2均表现出良好的相容性，且具有优异的电化学可逆性。用于 Li/LiFePO4电池时，同样具有良好的电化学性能，在1C的恒电流密度下，250次循环后，比容量保持率高达96.8%，且倍率性能优异。 （3）高浓度LiODFB电解质有望代替LiPF6电解质，从而推动锂金属二次电池的发展。高浓度混合锂盐电解质较单盐电解质而言，可改善LiFePO4基锂电池的电化学性能。
锂枝晶;磷酸铁锂;电化学性能;锂电池;电解质体系
西安建筑科技大学
硕士
冶金物理化学
方钊
2018
中文
TM912
2019-01-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）