钛酸锂软包电池电解液相容性的研究

摘要

以大功率和高能量密度的可充电锂电池或超级电容器作为动力的电动车，是减少环境污染的理想方式。由于具有稳定的电压平台、高可逆容量、长循环寿命和充放电过程中无结构变化的零应变特性，锂离子插层化合物Li4Ti5O12被认为是满足这些应用的最有潜力的材料之一。然而，Li4Ti5O12存在较低电子电导率和较低的锂离子扩散系数，限制了它的应用。在电解液中加入少量物质作为添加剂是一种比较经济有效的提高锂离子电池性能的方法。因此，本论文研究了LiBOB、LiODFB和LiTFSI作为电解液添加剂对钛酸锂电池性能的影响，以期改善Li4Ti5O12负极材料与电解液的相容性，从而提高钛酸锂电池的电化学性能。
　　本文研究了LiBOB、LiODFB和LiTFSI三种锂盐作为添加剂，添加到基础电解液中时，对LiMn2O4/Li和Li4Ti5O12/Li半电池电化学性能的影响。结果发现，三种不同锂盐添加剂均提高了LiMn2O4/Li半电池的倍率和循环性能，但各添加剂之间无明显差异；添加 LiTFSI的Li4Ti5O12/Li半电池库伦效率和循环性能最好，最高放电比容量为173.53mAh·g-1，60次循环后，比容量从开始的172.02 mAh·g-1衰减为168.45 mAh·g-1，容量保持率为97.92％。
　　组装了使用三种不同添加剂的LiMn2O4/ Li4Ti5O12软包电池，对其进行恒流充放电和循环性能测试。添加LiTFSI的Li4Ti5O12软包电池容量提高，100次循环后，容量保持率为82.15%，而未添加剂的Li4Ti5O12软包电池容量保持率只有74.35%。通过 XRD和SEM表征循环前后的Li4Ti5O12极片，发现Li4Ti5O12峰位置不变但峰强发生明显变化，且添加LiTFSI的Li4Ti5O12表面SEI膜相对比较连续、平整，这种SEI膜一方面能提高电池的性能，另一方面能提高电解液在其表面的稳定性。
　　以乙腈为溶剂，LiBF4、LiPF6和LiClO4分别为电解质配成了三种电解液，分别组装成 Li4Ti5O12软包电池，理论容量为2000mAh，对其进行恒流充放电和循环性能测试。以LiClO4/乙腈为电解液的Li4Ti5O12软包电池容量最高，高达2094.4mAh，而LiPF6的软包电池循环性能优于添加 LiBF4；通过 SEM表征发现在 Li4Ti5O12极片表面具有 SEI膜生成，其中LiBF4和LiClO4的极片表面形成的SEI膜较厚且完整。在LiMn2O4电极表面有许多沉积物，可能是由于LiBF4和LiPF6分解能产生HF对LiMn2O4产生的腐蚀作用。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 负极材料Li4Ti5O12研究现状

1.3 Li4Ti5O12面临的问题

1.4 钛酸锂的改性

1.5钛酸锂电池的电解液

1.6论文研究目的意义及内容

第2章 实验部分

2.1 实验仪器与试剂

2.2 材料及极片的表征方法

2.3 电化学测试方法

2.4 电解液配置及电池组装

2.5 本章小结

第3章 电解液添加剂对LiMn2O4正极和Li4Ti5O12负极半电池性能的影响

3.1 引言

3.2 正极材料LMO的表征

3.3不同添加剂对LMO电极性能的影响

3.4 负极材料LTO的表征

3.5不同添加剂对LTO/Li半电池性能的影响

3.6 本章小结

第4章 电解液添加剂对LiMn2O4/Li4Ti5O12软包电池性能的影响

4.1引言

4.2不同添加剂对LMO/LTO软包电池性能的影响

4.3乙腈作溶剂的新型电解液体系对LMO/LTO软包电池性能的影响

4.4本章小结

结论

参考文献

致谢