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氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池低温性能的影响及其机理的研究

作　者: 刘兵晓
导　师: 李冰
学　校: 华东理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 氟代碳酸乙烯酯 添加剂 锂离子电池 低温性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本论文确立了实验室锂离子电池电解液电池性能的评价方法；研究了低温下石墨电极与电解液的相容性；系统的研究了FEC添加剂对锂离子电池低温性能的影响；深入探讨了FEC添加剂改善锂离子电池低温性能的机理,主要研究结果如下：(1)测试温度、电池模具及锂片表面的氧化膜对锂离子电池的性能产生重要影响,而电极材料中石墨的种类以及石墨、导电剂和粘结剂比例的小幅变化对电池性能的影响不大。(2)在所研究的石墨电极中,粒径最小的天然石墨AGP-8在低温下与电解液1MLiPF6 EC+DMC+EMC的相容性最好,放电容量最高,恒流充电电压最低,能提高电解液低温电池性能评价的可靠性。(3)FEC添加剂能改善电池在常温下的循环性能,减小电池在非恒温环境下的容量波动；并能大大提高电池在-20℃下的首次放电容量,降低电池恒流充电(脱锂)时的电压平台,改善电池的倍率性能,提高电池循环过程中的容量。(4)FEC添加剂可减小石墨电极表面SEI膜在常温和低温下的阻抗及石墨电极在低温下的电化学反应阻抗；并能使石墨电极表面的SEI膜更均匀、更平整、更致密。XPS测试结果表明,FEC添加剂能提高石墨电极界面的SEI膜中LiF的含量,进而改善了Li/石墨电池的低温性能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-22
  1.1 引言  10
  1.2 锂离子二次电池的概况  10-15
    1.2.1 锂离子电池的特点  10-12
    1.2.2 锂离子电池的工作原理  12-13
    1.2.3 锂离子电池电解液  13-15
  1.3 锂离子电池的低温性能及影响因素  15-17
    1.3.1 锂离子电池的低温性能  15-16
    1.3.2 影响电池低温性能的因素分析  16-17
  1.4 锂离子电池耐低温电解液的研究现状  17-21
    1.4.1 耐低温电解液溶剂的发展现状  17-20
    1.4.2 耐低温电解液锂盐的发展现状  20
    1.4.3 耐低温电解液添加剂的发展现状  20-21
  1.5 本论文的研究内容  21-22
第2章 实验材料仪器及方法原理  22-30
  2.1 实验所用的主要材料和仪器  22-23
  2.2 实验的主要方法  23-26
    2.2.1 电解液的配制及离子电导率的测定  23
    2.2.2 模型电池的制备  23-25
    2.2.3 模型电池的充放电测试  25-26
    2.2.4 模型电池的交流阻抗的测试  26
    2.2.5 模型电池的Tafel极化测试  26
    2.2.6 电极表面的形貌观察  26
    2.2.7 X射线光电子能谱(XPS)测试  26
  2.3 实验主要测试方法的原理  26-30
    2.3.1 充放电性能  26-27
    2.3.2 交流阻抗(AC Impendance)法  27-28
    2.3.3 Tafel极化曲线测试法  28-29
    2.3.4 扫描电子显微(SEM)技术  29
    2.3.5 X射线光电子能谱(XPS)  29-30
第3章 电解液电池性能的实验室评价方法的确立  30-38
  3.1 引言  30
  3.2 石墨材料的选择  30-32
  3.3 电极片中石墨、导电剂、粘结剂比例的选择  32-34
  3.4 测试环境温度的影响  34-35
  3.5 电池模型的影响  35-36
  3.6 锂片表面氧化膜的影响  36-37
  3.7 小结  37-38
第4章 FEC添加剂对锂离子电池低温性能的影响  38-53
  4.1 FEC添加剂对锂离子电池常温性能的影响  38-40
    4.1.1 以E201电解液为基本电解液  38
    4.1.2 以LB-313电解液为基本电解液  38-39
    4.1.3 FEC添加剂对电解液/石墨电极表面形貌的影响  39-40
  4.2 低温下石墨电极与电解液的相容性研究  40-44
    4.2.1 石墨电极对模型电池充电电压的影响  40-41
    4.2.2 不同石墨电极低温循环性能的考察  41-42
    4.2.3 不同石墨电极在20℃和-20℃下的交流阻抗测试结果  42-43
    4.2.4 石墨粒径的影响  43-44
  4.3 FEC添加剂对电解液离子电导率的影响  44
  4.4 低温下FEC添加剂的最佳浓度的确定  44-46
    4.4.1 FEC添加剂浓度对模型电池低温下首次充电性能的影响  44-45
    4.4.2 模型电池低温下的循环性能  45-46
    4.4.3 模型电池的交流阻抗测试结果  46
  4.5 2v% FEC添加剂对锂离子电池低温性能的影响  46-52
    4.5.1 常温和低温下的放电性能  46-48
    4.5.2 充电电压平台  48-49
    4.5.3 低温下倍率特性  49-50
    4.5.4 低温下循环性能  50-52
  4.6 小结  52-53
第5章 FEC添加剂对锂离子电池低温性能的影响机理  53-61
  5.1 引言  53
  5.2 FEC添加剂对电池低温电化学性能的影响  53-56
    5.2.1 断电后电池电压的上升  53-54
    5.2.2 交流阻抗的测试结果  54-56
    5.2.3 Tafel极化的测试结果  56
  5.3 电极片表面形貌的观察  56-57
  5.4 石墨电极表面SEI膜成分的分析  57-59
  5.5 FEC分解机理推测  59-60
  5.6 小结  60-61
第6章 结论  61-62
参考文献  62-67
致谢  67

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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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