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锂离子电池电解液防过充添加剂研究

作　者: 熊琳强
导　师: 张英杰
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: 锂离子电池电解液 防过充添加剂 苯甲酸甲酯 乙酸乙酯
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


目前,锂离子电池是一种发展十分迅速的新型绿色储能设备。锂离子电池相对于其它二次电池具有更高的能量密度,是较理想的化学能源电池,其性能好坏直接取决于电极、电解液和隔膜的选择和制备。电解液是锂离子电池的重要组成部分,承担着输送导电离子的作用,它对电池循环性能、比容量和安全性等方面起着至关重要的作用。因为单一电解液体系的性能达不到使用的要求,因此商用的电解液均是几种不同的有机溶剂按一定配比混合而成,加入少量的功能性添加剂以优化组合其物理化学性能,达到锂离子电池使用的要求。近几年来,由于添加剂是一种用量少但对电解液性能有较大改善的有机化合物,因此,具有优异电化学性能的新型添加剂成为电解液性能研究和开发的热点之一。本文绪论部分介绍了锂离子电池电解液的发展现状及相关组成元素,着重综述了提高锂离子电池安全性能的添加剂——防过充添加剂,分类讨论了防过充添加剂的发展现状及应用前景。本文实验部分采用充放电循环测试、循环伏安扫描和过充测试等手段,研究了苯甲酸甲酯、乙酸乙酯作为锂离子电池电解液添加剂的电化学性能,及对电池的防过充性能的影响。研究发现,空白电解液中分别加入苯甲酸甲酯和乙酸乙酯后,其循环性能发生改变,其中苯甲酸甲酯使电池循环性能下降,但提高了电池的平台比容量,乙酸乙酯对电池循环性能影响较小；循环伏安分析发现,苯甲酸甲酯电解液的还原峰电位为3.8V,略低于锂离子电池的正常工作电压,而乙酸乙酯具有较高的氧化还原反应电位,分别为4.25V、4.5V；在过充性能测试中,分别含苯甲酸甲酯和乙酸乙酯的电解液具有一定的防过充能力。采用交流阻抗测试和扫描电镜实验等方法研究分析添加剂对电解液和正极片的影响,判断添加剂的防过充机制。交流阻抗分析发现,添加剂对电解液的阻抗有一定影响；在过充后,正极表面形貌通过扫描电镜观察发现,在含苯甲酸甲酯的电解液中,正极片表面被覆盖了一层物质,而在含乙酸乙酯的电解液中,正极片表面形貌相对完整,且无覆盖物。在对苯甲酸甲酯和乙酸乙酯两种添加剂的联用研究发现,这两种添加剂的加入虽然对电池在0.5C/4.2V、0.2C/4.6V下过充具有防过充效果,但电池的循环性能受到一定的影响；通过添加剂优化组合实验,改变电解液添加剂的配比,提高其循环性能的同时达到一定的防过充效果。本文的创新之处在于分别确定了苯甲酸甲酯和乙酸乙酯起到防过充作用的合适添加比例及进一步研究了它们对电解液造成的影响；研究了苯甲酸甲酯和乙酸乙酯联用对电解液的影响。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-25
  1.1 引言  9
  1.2 锂离子电池简介  9-11
  1.3 锂离子电池电解液  11-18
    1.3.1 有机溶剂  12-16
    1.3.2 电解质锂盐  16-17
    1.3.3 电解液添加剂  17-18
  1.4 锂离子电池防过充添加剂研究进展  18-23
    1.4.1 氧化还原对添加剂  19-21
    1.4.2 电聚合添加剂  21-22
    1.4.3 防过充添加剂的发展方向  22-23
  1.5 本论文的研究内容和意义  23-25
    1.5.1 研究内容  23
    1.5.2 研究意义  23
    1.5.3 创新点  23-25
第二章 防过充添加剂性能研究  25-41
  2.1 引言  25-26
  2.2 实验部分  26-29
    2.2.1 实验试剂  26
    2.2.2 实验仪器  26
    2.2.3 电解液的配制  26-27
    2.2.4 电池组装  27
    2.2.5 电化学测试  27-29
  2.3 结果与讨论  29-39
    2.3.1 常温恒流充放电测试  29-31
    2.3.2 循环伏安分析  31-34
    2.3.3 常温过充测试  34-39
  2.4 本章小结  39-41
第三章 防过充机理研究  41-57
  3.1 引言  41
  3.2 实验部分  41-43
    3.2.1 电化学阻抗谱技术(EIS)分析  41-43
    3.2.2 扫描电镜实验  43
  3.3 结果与讨论  43-54
    3.3.1 苯甲酸甲酯  43-49
    3.3.2 乙酸乙酯  49-54
  3.4 防过充机理分析  54-56
  3.5 本章小结  56-57
第四章 添加剂联用对锂离子电池防过充性能探索研究  57-65
  4.1 引言  57
  4.2 实验部分  57-58
  4.3 结果与分析  58-64
    4.3.1 循环伏安测试  58
    4.3.2 常温过充电实验  58-60
    4.3.3 交流阻抗测试分析  60
    4.3.4 添加剂联用优化研究  60-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章 结论与展望  65-67
致谢  67-69
参考文献  69-77
附录A 攻读硕士学位期间发表的论文目录  77

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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