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主题:电解液和锂电池 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2024-01-27

电解液和锂电池论文范文

电解液和锂电池论文

目录

  1. 1.成膜添加剂
  2. 2.高电压添加剂
  3. 3.低温添加剂
  4. 4.安全添加剂
  5. 5.结论及未来展望

《锂离子电池电解液功能添加剂进展》

本文是电解液和锂电池类论文范文检索与电解液相关硕士毕业论文范文.

摘 要:电解液是锂离子电池的关键材料之一,它能影响电池的功率输出、内阻、循环等性能.本文对近年来研究较多的成膜添加剂、低温添加剂、高电压添加剂以及安全添加剂的研究进展进行综述,并对锂离子电池电解液添加剂未来的研究方向进行展望.

关键词:锂离子电池;电解液;功能添加剂

锂离子电池因其具有高电压、高容量、长寿命等显著特点,已经应用于消费类电子产品、新能源汽车、航空航天及军事装备等领域,成为应用领域最广泛的化学电源.电解液是电池中离子传输的载体,对电池的功率、内阻、循环等性能有非常重要的影响[1-4].随着锂离子电池技术的不断发展,高电压体系和高能量密度电池技术对电解液提出更高的要求,电解液及其添加剂的研究成为锂离子电池研究领域的重点.

锂离子电池一般由正极、负极、隔膜、电解液和外壳组成.作为锂离子电池的核心材料,电解液一般由锂盐和有机溶剂组成,目前商业化的锂盐主要是LiPF6,有机溶剂通常是碳酸酯类溶剂,常见的有:碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等.通过添加剂提升电解液的功能性,进而提升电池性能,是目前电解液研究的重要方向.

1.成膜添加剂

在新能源车应用领域,电池的长寿命和存储性能是非常重要的竞争点,众所周知,在锂离子电池首次充放电过程中会在电极材料与电解液的固液相界面生成一层被称为“固体电解质相界面膜”,简称SEI膜,致密稳定的SEI膜有助于锂离子动力电池获得较长的使用寿命、良好的存储性能及更宽的环境适应性,成膜添加剂在SEI膜的形成过程中起到了很好的促进作用.成膜添加剂是研究较早也较多的添加剂:按化合物的种类可分为有机成膜添加剂和无机成膜添加剂;按物理形态,分为气体、液体和固体成膜添加剂;按添加剂的分子结构分为环状和链状;按照成膜机理又可以分为还原型、反应型及修饰型.

双草酸硼酸锂(LiBOB)是近年来研究的热点材料之一,用作锂盐可以使电解液具有更好的热稳定性,能有效提高锂离子电池的使用安全性.但是LiBOB溶解度小,室温电导率低,对杂质及水分敏感,存储或循环过程中容易产气,作为锂盐还有些亟待解决的问题.用作添加剂时,LiBOB的成膜性能和高温性能可以得到较好的发挥,同时又限制了其对电池的低温性能及杂质敏感性的影响.在六氟磷酸锂电解液的锂电池体系中,加入适量LiBOB盐做添加剂,可以有效的改善锂电池的低温、高倍率以及高温循环性能.

2.高电压添加剂

将电池设计成更高的电压是提升电池能量密度的一条重要途径,因此高电压正极材料体系也是近年来研究的热点之一.电解液中的有机碳酸酯(如链状碳酸酯DEC、DMC、EMC以及环状碳酸酯PC、EC等)在高电压下会发生分解,而高电压体系要求电解液具有宽的电化学窗口、高的介电常数以及与石墨负极有良好兼容性,在高电压作用下不发生氧化分解.除了开发新型电解液体系外,如采用氟代溶剂、腈类溶剂、砜类溶剂等;在常规电解液中添加高电压添加剂,也可以使碳酸酯溶剂更好应用于高电压电解液中,主要包括:电聚合添加剂,膦基添加剂,硼基添加剂等.

3.低温添加剂

随着新能源车用户的快速增加,使用过程中的问题也逐渐显现,其中冬季续航里程下降是消费者投诉较多的故障类型.为提升用户体验,新能源汽车对锂离子电池低温应用(低温大功率放电及低温充電)提出了更高的要求,例如:EV希望在-20℃条件下可以充放电.而军用装备领域则要求在-40℃可以进行低倍率放电;在航空航天领域,有时甚至要求电池能在-50℃低温下进行低倍率充放电.

锂离子电池低温电解液的性能主要受三个方面的限制:低温下电解液粘度增加导致的电导率降低;低温下SEI膜电荷迁移阻抗增加导致极化增大;低温析锂.改善方向主要是分别对锂盐和溶剂进行优化,以及通过添加低温添加剂来降低低温下电极界面电荷传递阻抗,或加入锂盐沉积改善剂,防止低温下锂枝晶生长,改善电池低温循环稳定性.

常用的低温改善添加剂有以下几种:有机亚硫酸酯类、砜类、碳酸亚乙烯酯(VC)与氟代碳酸乙烯酯(FEC).其中,VC和FEC也是近年应用较多的低温添加剂.研究表明电解液中加入FEC(氟代碳酸酯)后,可以更好地形成致密稳定且阻抗低的SEI膜,降低低温脱锂电位,减少电池常温及低温下的阻抗,提高电池低温倍率性能;FEC和VC,除了对低温性能有改善,对常温循环也有很明显的改善效果.亚硫酸酯类的DES、DMS粘度低和介电常数高,非常适合做EC基电解液体系的添加剂.WRODNIG等[5]发现亚硫酸二甲酯(DMS)和亚硫酸二乙酯(DES)在-60~60℃下拥有较高的电导率和较低的粘度,并且可以在石墨电极表面形成良好的SEI膜.

4.安全添加剂

电池做为能量载体,高比能量增加了安全性的风险,在追求高续航里程的同时,电池安全性也成为消费者关注的重点.安全添加剂的研究在电池安全研究领域有着举足轻重的位置,成为动力电池的安全研究热点.传统电解液溶剂,如DMC、DEC、EC等碳酸酯类有机物挥发性高、闪点低,成为导致电池不安全性的关键因素,当锂离子电池在过充、短路、热冲击等滥用情况下,容易造成有机溶剂和电极发生反应,这类反应往往会伴随大量放热,热量无法迅速扩散就会引发热失控,最终导致锂离子电池的燃烧、爆炸.目前,主要通过引入高闪点的有机溶剂、导电率高并不易燃的离子液体,或者加入阻燃添加剂、防过充添加剂等方法来提高电解液的安全性.

5.结论及未来展望

作为锂离子电池的“血液”,电解液在锂离子电池的性能发挥中起着重要的作用.随着电池应用范围的扩大,对电池性能的要求也越来越高,比如电池需要具有更高的能量密度和功率密度,电池需要更好安全性、更佳的低温性能,这些已经成为近年来市场需求的热点.在电解液添加剂的研发过程中发现,不少添加剂是具有多功能的复合型添加剂,比如,VC、FEC能够优化SEI膜的成膜,降低低温内阻,因而可以提升电池的低温性能,同时也对常温循环有所提升;而某些阻燃添加剂少量添加能够提高锂离子电池在高电压条件下的循环寿命;LiBOB可以作为高电压体系的添加剂来改善该体系的循环性能;通过量子计算的方法来优先筛选添加剂的方法也越来越多的应用到研发过程中,从而能更精确、高效的获得添加剂的优选方案.添加剂作为最为经济、高效的提升优化电解液性能的“特殊材料”,其深入、综合的研究,会在锂离子电池开发的过程中发挥更大的作用.

参考文献:

[1] 庄全超.锂离子电池功能电解液研究进展[C]// 第六届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会.2014.

[2] 何争珍,杨明明.锂离子电池电解液及功能添加剂的研究进展[J].当代化工,2017,26(9):54-56.

[3] 高典.锂离子电池电解液多功能添加剂及正极材料改性研究[D].合肥工业大学,2015.

[4] 左晓希,李伟善,刘建生,et al.砜类添加剂在锂离子电池电解液中的应用[C]// CBIA2005中国国际电池学术交流会.2005.

[5] Bernardi,D.A General Energy Balance for Battery Systems[J].1985,132(1):5-12.

该文评论:此文是一篇关于电解液和锂电池方面的毕业论文范文,可作为电解液相关论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.

电解液和锂电池引用文献:

[1] 电解液硕士毕业论文范文 电解液和锂电池类论文范文检索5000字
[2] 电解池和原电池论文范文文献 关于电解池和原电池方面毕业论文题目范文3000字
[3] 锂电池大学毕业论文范文 锂电池有关论文写作参考范文2500字
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