锂离子电池电解液知识汇总PPT

"锂离子电池电解液知识汇总PPT" 锂离子电池电解液是锂离子电池的关键组成部分，对电池的性能和寿命产生重要影响。电解液主要由溶剂、电解质和添加剂组成。其中，添加剂对电池的性能有着重要影响。 添加剂对石墨负极的影响 ----------------------------- 氟酯类化合物作为锂离子电池的添加剂使用时，不会改变电解液的粘度，而且它本身还具有良好的稳定性，以及较高的抗电化学氧化性，应用温度耐受性好，闪点高等优点，这些性能使得含氟酯类化合物添加到锂电池中，能够明显改善电池对电压变化的耐受性和充放电循环性能。 含氟酯类有机化合物的加入不但可以利用氟元素的阻燃特性，起到较好的阻燃的效果，还可以依靠氟元素电负性大的特点，改善负极SEI膜的电化学性能，提高锂离子电池石墨负极表面的还原电位。 电池的首次充放电过程中，放电开始时，电位迅速下降至1V以下，并在0.6~0.8V附近出现了一个短电位平台，它表征电解液发生还原反应而生成SEI膜的过程。 eut不含添加剂的这个平台表示溶剂EC在石墨电极表面分解形成SEI膜；加入添加剂的充放电曲线，这个生成SEI膜的短电位平台要比不含添加剂的平台高一些，这是由于添加剂中氟元素的强的吸电子效应使得该物质的还原电位提高。 跟不含添加剂的电解液相似，在0~0.2V之间是一个长而缓的平台，这是Li+嵌入石墨层间的反应。 添加剂的合成及其在锂离子电池中的应用研究 --------------------------------------------- 含氟酯类添加剂的加入可以明显改善电池对电压变化的耐受性和充放电循环性能。 首次充放电效率比不含添加剂的要大，这是由于首次放电过程中加入添加剂的电解液能更好的在石墨电极表面形成SEI膜，更有利于锂离子在电解液中穿行，从而使首次充放电效率有了一定的提高。 不同的添加剂之间随着聚合物链的增长，含氟基团的增多，首次充放电效率是下降的，这是由于随着聚合物粘度的增大，电解液的粘度也会增大，形成的SEI膜的性能反而有所下降，不利于Li+的穿行，从而使得首次充放电效率随着含氟链段的增加而降低。 库伦效率首次不可逆容量初次充放电过程中，由于电解液分解形成一层钝化膜（即SEI膜）。 循环伏安曲线 -------------- 循环伏安曲线可以表征电池的电化学性能。图1是石墨电极在不含添加剂的电解液中的循环伏安曲线，图2是石墨电极在含有添加剂的电解液中的循环伏安曲线。 从图1可以看到，不含添加剂的循环伏安曲线在石墨电极首周负向电位扫描过程中，在0.53V 附近出现了一个还原峰，此峰应该是电解液的还原分解反应；0.53V 附近出现了一个还原峰，在大于0.53V的地方也出现了一个小的还原电流峰，并且电流强度明显变大。 说明添加剂的还原电位要高于原有电解液，可以优先于原有溶剂进行还原，抑制电解液溶剂的分解。 ATR-FTIR分析 ---------------- ATR-FTIR是一种分析SEI膜组成的方法。利用FTIR对SEI膜组分进行分析，从而推断出石墨负极表面发生的电化学以及化学还原反应，进而研究添加剂的作用机理。 石墨极片在有添加剂和没有添加剂的电解液中循环后的红外谱图ATR-FTIR分析结果显示，加入含氟酯类添加剂与不加含氟酯类添加剂的红外光谱在出峰位置上并没有太大区别，只是强度有所增强或减弱。 在838cm-1附近处出现的Li2CO3的特征吸收峰，加入添加剂之后峰的强度减小了。根据EC的分解机理可以知道，添加剂的加入抑制了溶剂EC的分解，产生了较少的碳酸锂和气体，使SEI膜更致密。 而在2347cm-1附近出现的烷氧基锂的吸收峰，加入添加剂的比不含添加剂的强度大，说明添加剂的加入使EC溶剂分解产生了更多的烷氧基锂，产气量变少。 而在1200cm-1左右的碳酸酯中的δ-CH3和C-O，在加入添加剂的石墨极片表面强度明显减弱。 在1500cm-1左右出现的含氟基团的峰在加入添加剂之后明显增强。 此外，含有添加剂4的红外谱图吸收峰的强度都明显变大，说明其形成的SEI膜偏厚，组分含量变大；含氟酯类化合物展现了良好的成膜性能，从石墨电极表面SEI膜的主要成分分析，添加剂参与了SEI膜的形成，在SEI膜中引入了—CF、—CF2、—CF3等含氟基团，使膜的粘度减小，增加了电解液的离子导电率，Li+更加容易的迁移和扩散，提高了锂离子电池的电化学性能和使用性能。 SEI膜成膜机理分析 --------------------- 溶剂EC在负极表面的电化学还原机理当反应(1)占主导地位时，会产生气体从而导致SEI膜的不稳定；而当反应(2)占主导时，产气量比较少，形成的SEI膜更致密，但这两个反应是同时发生的。 添加剂对石墨负极的影响是非常重要的，氟酯类化合物作为添加剂可以明显改善电池对电压变化的耐受性和充放电循环性能，提高锂离子电池的电化学性能和使用性能。