本文關鍵詞：磷酸鐵鋰低溫電解液的性能研究

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【摘要】：磷酸鐵鋰電池由于其安全性能高,且原材料成本低的優(yōu)點,成為目前商業(yè)化最普及的一種電池,應用前景廣闊。但是由于磷酸鐵鋰的本征電導率和鋰離子的擴散系數都很低,導致其低溫性能差。而電解液作為電池的“血液”,可以通過調整電解液的配方來改善電池的低溫性能。本文先利用規(guī)�；a工藝在實驗室合成磷酸鐵鋰,然后對該材料的理化性能進行全面分析,接著通過調整電解液的溶劑和添加劑,對LiFeO4/Li和MCMB/Li半電池在常溫、低溫下的容量、循環(huán)性能和倍率性能進行測試,最終確定電解液的配方工藝。采用的溶劑有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸丙烯酯(PC),添加劑為亞硫酸丙烯酯(PS)。先對合成的磷酸鐵鋰進行了各方面的測試,然后對裝配的電池進行電化學測試。得到的結論如下：1、采用葡萄糖碳熱還原法制備的磷酸鐵鋰,其形貌為類球形,尺寸在1μm左右,根據能譜分析,其表面覆蓋一層碳膜。而且該工藝燒制溫度低、時間短、能源消耗少,工藝簡單,適合規(guī)�；a。2、針對電池低溫性能,先對溶劑比例進行摸索,由于EC的介電常數比較高,在低溫下會導致電解液的電導率降低,因此其含量高不利于電池低溫性能的發(fā)揮,最終確定了EC:DMC:EMC=1:1:3的溶劑比例,此時電解液在-40℃的電導率為2.206mS/cm,在低溫下的放電比容量為40mAh/g,低溫和常溫性能相對來說都比較優(yōu)秀。3、由于PC的熔點特別低,為了提高電解液在低溫下的電導率,采用PC按照一定比例替換EC的方式,進一步對電解液的配方進行優(yōu)化。經過摸索發(fā)現,當EC與PC的比值為2：1時,電池的常溫和低溫綜合性能最好,在低溫-40℃放電容量達到了50.1mAh/g,而且放電電壓很高,為2.9V。且常溫下的循環(huán)性能、倍率性能都很優(yōu)秀。4、通過對電池的常溫和低溫的EIS測試我們發(fā)現,在低溫下對于LiFeP04/Li半電池來說,其電荷轉移阻抗增加的非常迅速,比常溫下的阻抗要高三個數量級。但是對于EC：PC為2：1的半電池來說,不僅其常溫下阻抗比較低為160歐姆,而且其低溫下的阻抗在所研究的情況中是最低的。5、由于PC的加入對于負極MCMB的層狀結構破壞比較嚴重,需要加入少量成膜劑PS,使得負極形成穩(wěn)定的SEI膜。最終確定了加入體積分數為3%的PS,對于負極石墨的保護效果最佳。PS的加入不僅使得LiFePO4/Li半電池低溫性能提高到62.1mAh/g,而且大大提高了負極的穩(wěn)定性。對于MCMB/Li半電池來說,其容量高,80周循環(huán)的容量保持率最高為98.5%。
【關鍵詞】：磷酸鐵鋰半電池 低溫電解液 碳酸丙烯酯 亞硫酸丙烯酯
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要11-13
• Abstract13-15
• 第1章 緒論15-28
• 1.1 引言15
• 1.2 鋰離子電池概述15-16
• 1.3 鋰離子電池的工作原理16
• 1.4 鋰離子電池主要材料16-24
• 1.4.1 正極材料16-17
• 1.4.2 負極材料17-18
• 1.4.3 電解液18-23
• 1.4.4 隔膜23-24
• 1.5 聚合物電解質24
• 1.6 低溫電解液的研究現狀24-26
• 1.6.1 通過溶劑改進25-26
• 1.6.2 通過鋰鹽改進26
• 1.7 本論文的研究目的和內容26-28
• 第2章 實驗材料、設備與方法28-33
• 2.1 實驗試劑28-29
• 2.2 實驗儀器及設備29
• 2.3 實驗材料的制備29-30
• 2.3.1 電池正極材料磷酸鐵鋰的制備29-30
• 2.3.2 電池的裝配30
• 2.3.3 電解液的配制30
• 2.4 測試方法和手段30-33
• 2.4.1 X射線衍射30
• 2.4.2 電導率的測定30-31
• 2.4.3 電化學性能測試31
• 2.4.4 電化學阻抗譜和循環(huán)伏安法31-33
• 第3章 溶劑配比對LiFePO4/Li半電池低溫性能的影響33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 磷酸鐵鋰的制備與材料分析33-36
• 3.3 溶劑配比對電導率的影響36-39
• 3.4 電解液配比對于磷酸鐵鋰半電池性能影響39-43
• 3.4.1 對常溫性能的影響39-42
• 3.4.2 對低溫性能的影響42-43
• 3.5 本章小結43-45
• 第4章 PC對于電池低溫性能的影響45-57
• 4.1 引言45-46
• 4.2 EC與PC比值對于電解液基本性能影響46-47
• 4.3 EC與PC比值對于LiFePO4/Li半電池常溫性能的影響47-51
• 4.3.1 首周充放電性能47-48
• 4.3.2 EC與PC比值對于半電池循環(huán)性能的影響48-49
• 4.3.3 EC與PC比值對于半電池倍率性能影響49-51
• 4.4 EC與PC比值對于LiFePO4/Li半電池低溫性能的影響51-52
• 4.5 EC與PC比值對于電池低溫和常溫下阻抗影響52-55
• 4.5.1 交流阻抗譜圖52-53
• 4.5.2 磷酸鐵鋰半電池常溫EIS分析53-54
• 4.5.3 EC與PC比值對于電池低溫阻抗的影響54-55
• 4.6 本章小結55-57
• 第5章 PS對于電池低溫性能和負極SEI膜的影響57-70
• 5.1 引言57-58
• 5.2 PS的加入對于電解液電導率的影響58
• 5.3 PS加入對于LiFePO4/Li半電池性能的影響58-63
• 5.3.1 PS的加入比例對于LiFePO4/Li半電池首周性能影響58-60
• 5.3.2 PS的加入比例對于LiFePO4/Li半電池倍率性能影響60-61
• 5.3.3 PS的加入比例對于LiFePO4/Li半電池循環(huán)性能影響61
• 5.3.4 PS的加入比例對于LiFePO4/Li半電池低溫放電性能影響61-63
• 5.4 PS的加入對于電池負極材料——石墨的影響63-69
• 5.4.1 PS的加入對于MCMB/Li半電池放電性能的影響63-64
• 5.4.2 PS的加入對于MCMB/Li半電池0.5C循環(huán)性能的影響64-65
• 5.4.3 PS的加入對于MCMB/Li半電池阻抗的影響65-66
• 5.4.4 對于MCMB/Li半電池進行CV測試66-67
• 5.4.5 負極石墨成膜情況表征67-69
• 5.5 本章小結69-70
• 第6章 結論70-72
• 參考文獻72-80
• 致謝80-81
• 學位論文評閱及答辯情況表81

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前2條

1 孟祥德;張俊紅;王妍妍;劉海;;天然石墨負極的改性研究[J];化學學報;2012年06期

2 吳新雄;;“十三五”中國能源規(guī)劃新方向[J];礦業(yè)裝備;2014年09期

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本文編號：809118