环丁砜对LiBOB基电解液成膜过程影响模型的构建及应用

摘要

人类对于能源的需求与日俱增，高性能锂离子电池作为一种理想的能量转换装置，成为目前能源领域的研究热点。电解液作为锂离子电池的重要组成部分，决定了电池的工作电压、安全性能等，因此开发具有优良性能的电解液体系是目前?升电池性能的重要路径。已有的研究结果表明，当固态电解质界面（SEI）膜中含有种类适当的适量含硫组分时，界面上的锂离子电导率、热力学稳定性均会得到显著改善。因此，基于对含硫溶剂对界面成膜过程影响机理研究，构建溶剂性质与电池性能之间的关联模型对今后锂离子电池电解液的研发具有重大的实际意义。 本文对比了引入环丁砜（SL）前后，双草酸硼酸锂（LiBOB）基电解液与基于中间相碳微球（MCMB）的负电极的相容性，发现在 SL存在时Li/MCMB半电池性能得到较大的?升，并通过基础电化学测试表征结果推测该性能?升主要源于 SL 对 SEI 膜性质的改善。本文在此发现的基础上，首先通过基础电池性能测试，通过将主反应物发生明显化学反应处的电压设为电极反应节点，从而把复杂的电极过程分为多个简单阶段来研究。通过跟踪研究环丁砜在电极界面的反应历程、环丁砜的引入对硼基锂盐反应成膜过程及膜性质的影响、膜性质对电池性能的影响，从成分和形貌两个方面揭示充放电过程中界面膜形成的具体历程，并揭示电解液中各组分，特别是环丁砜在成膜过程中对成膜过程的的影响及影响机理。 此外，本文基于以上研究结果，分析了由于在电场力的作用下，环丁砜对电池预成膜过程的影响。研究认为，环丁砜因具有较高的极性，因此，在电场力作用下会在电极表面聚集，形成双电层结构，导致近电极表面环丁砜的量增多，进而使 LiBOB 在该区域内的浓度低于其在相同位置未添加环丁砜的电解液中的浓度，即减少了反应物的量，削弱了反应强度，抑制了 LiBOB 的过度分解。 以上结果证明了电解液溶剂组分分子的极性和化学性质都可以影响 LiBOB基电解液成膜性质，进而影响电池性能。根据本文所构建 SL 性质与电池性能间关联模型可知，LiBOB作为一种具有优良综合性质的锂盐，在今后的商业应用过程中可选择匹配具有较高极性的含硫溶剂，弥补该盐自身缺点，?高电池性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 锂离子电池简介

1.3 锂离子电池有机液态电解液研究

1.4 SEI膜及成膜机理

1.5 量子化学在电解液研究中的应用

1.6 论文主要研究内容及意义

第2章 实验仪器与方法

2.1实验药品及仪器

2.2 电极制备及电池装配

2.3 电池及电化学性能测试

2.4 材料测试与表征

2.5 量子化学计算及波函数分析

第3章 SL对Li/MCMB半电池性能的影响及影响机理初步探究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 高电位下SL性质与成膜过程的关联模型构建

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 低电位下SL性质与成膜过程的关联模型构建

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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