适用宽温度范围的锂离子电池电解质溶液研究

摘要

本文针对锂离子电池在航天、航空、便携式电子设施等领域应用时，电池的工作温度不能满足使用要求，特别是在-20℃以下低温环境中的工作性能需要提高这一现象，通过优化电解液溶剂的组成，以实用化为目标，在保证电池电性能和安全性能的前提下，将电池的工作温度从-20℃～55℃拓宽至-40℃～55℃。 在研究由环状的碳酸乙烯酯和几种脂肪烷基碳酸酯混合组成的三元及四元溶剂电解液体系在-40℃～55℃温度范围内的导电行为的实验中，发现由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)与1.0 mol·L-1的LiPF6组成的四元有机电解液体系的电导率在低温-40℃环境下最佳，但其在高温55℃环境下则不令人满意。由EC+DMC+EMC(1:1:1)与1.0 mol·L-1的LiPF6组成的三元有机电解液体系的电导率在-40℃～55℃范围内最佳。 在研究电解液盐LiPF6的浓度对电解液体系在-40℃～55℃温度范围内的导电行为的影响实验中，发现由EC+DMC+EMC(1:1:1)与LiPF6组成的三元有机电解液体系，浓度为1.0 mol·L-1的电解液在整个实验温度范围(-40℃～55℃)内的电导性能最佳。 以ICR1865锂离子电池为设计模型，采用EC+DMC+EMC(1:1:1)与1.0 mol·L-1的LiPF6组成的三元电解液体系连续3批制备的ICR1865单体锂离子蓄电池，常温放电容量达到2060 mAh；比能量达到178 Wh·kg-1；-40℃时的放电容量为额定容量的47％，55℃时的放电容量为额定容量的100％；循环100次时电池容量为额定容量的93％，循环500次时放电容量为额定容量的80％；安全性检验和环境适应性检验合格，产品安全可靠。研制产品达到了预定的全部技术指标，满足了实用化要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

第一章绪论

1.1课题背景

1.2锂离子电池的概况

1.2.1锂离子电池的发展

1.2.2国内外锂离子电池低温性能的现状

1.2.3电极材料的选择

1.3课题来源及主要研究内容

1.3.1课题来源

1.3.2技术指标

1.3.3本文主要研究内容

第二章实验

2.1电解液在锂离子电池中的应用

2.1.1常用的几种有机溶剂

2.1.2电解质

2.2实验

2.2.1电解液电导率测定

2.2.2单体蓄电池制备

2.2.3单体蓄电池的性能测试

第三章结果与讨论

3.1 1mol·L-1LiPF6与不同溶剂体系组成的有机电解液的电导行为

3.2不同浓度LiPF6与相同溶剂组成的有机电解液体系的电导行为

3.3不同溶剂组成的电解液对电池温度特性和循环特性的影响

3.3.1不同溶剂组成的电解液对电池温度特性的影响

3.3.2不同溶剂组成的电解液对电池循环寿命的影响

3.4采用最佳溶剂体系组成的电解液对电池综合性能的影响

3.4.1电池重量及外形尺寸

3.4.2开路电压和内阻

3.4.3常温容量和比能量

3.4.4温度放电特性

3.4.5倍率特性

3.4.6荷电保持能力

3.4.7循环寿命

3.4.8安全性

3.4.9环境适应性

3.4.10单体电池测试结论

第四章结论

4.1本论文研究工作的主要结论

4.2问题与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢