锂离子电池LiBOB/PC电解液和碳负极材料相容性的研究

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锂离子电池LiBoB/PC电解液和碳负极材料相容性的研究为了改善锂离子电池的低温使用性能,长久以来研究者一直试图用PC代替EC作为锂离子电池电解液的溶剂。本文针对新型锂盐双乙二酸鹏酸锂(LiBOB)可以稳定.PC基电解液中石墨负极的特点,对LiBOB/PC电解液和石墨电极的界面相容性进行了研究。 采用循环伏安法对人造石墨E-SLX50与LiBOB/PC及LiPF<,6>/PC电解液的相容性进行了比较,结果表明在PC作为溶剂的电解液体系中,LiBOB电解液与石墨电极的相容性要明显优于LiPF<,6>电解液。LiBOB/PC电解液在石墨材料表面可以生成结构完整稳定的SEI膜,而有效保护石墨电极。 通过电化学方法对LiBOB/PC电解液与四种不同石墨电极(高取向裂解石墨HOPG、人造石墨SFG-44、天然石墨NG-7和中间相碳微球MCMB)的相容性进行了研究,结果表明在相同浓度的LiBOB/PC电解液中,四种不同石墨电极和LiBOB/PC电解液的相容性:HOPGSFG44>Ng7>MCMB。结果表明石墨化电极材料的石墨化程度越高,LiBOB/PC电解液与石墨材料的相容性越差。采用SEM对电极材料的颗粒尺寸和形状、表面形态进行了观测,HOPG基面平滑,侧面存在裂缝等缺陷;SFG-44和NG-7具有鳞片状的颗粒形状;MCMB颗粒具有球状结构,表面粗糙。结果表明具有球状颗粒形状的材料比鳞片状颗粒的材料对溶剂共嵌入造成的剥离现象的抵抗力更高,而材料的结晶表面越光滑、颗粒尺寸越大,LiBOB/PC电解液与石墨材料的相容性越差。采用循环伏安法对电解液浓度对LiBOB/PC电解液与石墨材料的相容性的影响进行了研究,并分析了其原因。结果表明电解液浓度越高,LiBOB/PC电解液与石墨材料的相容性越好,其影响原因可能与电解液中锂离子的溶剂化状态有关。 为了更好的了解LiBOB/PC电解液与石墨材料的界面相容性,本文还采用恒流充/放电法、电化学阻抗法和XPS对石墨电极在LiBOB/PC电解液中表面生成SEI膜的过程进行了研究。结果表明在Li/C半电池的第一次放电过程中,1.75V(vs.Li/Li<+>)左右发生的还原反应对SEI膜的生成有重要的影响,此时BOB在电极表面还原生成了半碳酸酯类化合物,抑制了PC的共嵌入,这也是LiBOB可以在PC电解液中稳定石墨负极的主要原因。在低于1.2V(vs.Li/Li<+>)的放电过程中,SEI膜的形成是一个连续成膜的过程,其中在0.55V(vs.Li/Li<+>)左右发生的还原反应对SEI膜的形成有重要影响,此时对应于PC在电极表面还原生成SEI膜的过程。在低于0.55V(vs.Li/Li<+>)的放电过程中,SEI膜仍在不断生长,至第一次放电结束时,通过XPS测试电极表面检测不到原始电极样品表面的C、F的1s峰,表明此时电极表面生成了完整稳定的SEI膜。
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