电解液组成对中间相石墨微球电化学性能的影响

以2800℃热处理的煤焦油沥青基中间相石墨微球为锂离子二次电池负极材料,考察了中间相石墨微球在不同组成的电解质溶液中的电化学嵌脱锂性能.确定了试样在不同电解液中电极表面生成的SEI膜的化学组成和相对含量,剖析了共溶剂对SEI膜形成反应、膜组成和织构的影响.结果表明,在不同共溶剂的EC基电解液中,电极界面SEI膜形成的电位虽然不同,但SEI膜的化学组成基本相同,负极界面SEI膜的织构是决定电解液与电极材料相容性的关键.     

氟代溶剂在锂金属电池中的应用

近年来，锂金属电池由于具有较高的能量密度而成为储能领域的研究热点。电解液作为锂金属电池的“血液”发挥着至关重要的作用。在传统锂离子电池电解液中，锂金属负极与电解液之间的界面副反应严重并伴随着锂枝晶生长，从而导致安全隐患以及循环寿命缩短等问题。在解决锂金属负极问题上，电解液调控策略具有易操作性和有效性，因而在推动锂金属电池发展方面具有举足轻重的地位。氟代电解液是目前重要的研究方向，氟代电解液在循环过程中能够在电极表面形成富含LiF的固体电解质界面膜(SEI)；该界面膜不仅可以有效抑制负极锂枝晶的形成，并且在正极方面能够大幅提高电解液的氧化稳定性，从而提升高电压正极的适配性和锂金属电池的循环稳定性。氟代电解液中氟代溶剂/氟代锂盐的分子结构对电解液的溶剂化结构有重要影响。当氟代溶剂分子中氟原子的位置与数量不同时，氟代溶剂的物理化学性质也会随之发生变化，进而改变了电解液与电极的界面反应性。因此，氟代溶剂能够起到调制SEI膜成分和结构的作用，是决定电池性能的关键因素。本文总结了应用于锂金属电池的主要氟代溶剂，尤其是近几年来发展的新型氟代溶剂；着重介绍了高度氟代的溶剂分子作为局域超浓电解液的稀释剂，以及对溶剂进行精准分子设计得到的部分氟代溶剂等。此外，本文还分析探讨了氟代溶剂分子与电池性能之间的构效关系，展望了构建新型氟代溶剂分子的策略，希望能对电解液溶剂分子的结构设计以及构效关系的评估有一定的启发意义。     

金属锂负极溶剂化结构调控的研究进展

金属锂负极具有极高的理论比容量和极低的氧化还原电位,被认为是二次电池体系中负极材料的最终选择.但在实际应用过程中,不稳定的电极/电解液界面会造成大量的锂枝晶生长,导致容量损失乃至热失控等安全问题.调控锂离子溶剂化结构,可促进有益的固态电解质界面膜(SEI)成膜组分在电极表面优先分解,进而稳定电极界面并可诱导锂离子均匀沉积,是提升液态和准固态金属锂电池电化学性能的重要手段.本文综合评述了近年来从液态到准固态电解质中锂离子溶剂化结构调控的策略和设计原则,探讨了溶剂化结构改变对电极/电解质界面的影响,并对准固态电解质的研究前景进行了展望.     

锂离子电池电解液的研究进展(英文)

综述现今锂离子电池电解液的研究进展 .评估了电解液中锂盐、溶剂、填加剂以及杂质等对电解液的电导、固体电解质相界面 (SEI)的形成、电池循环寿命等的影响     

EC和PC基溶剂化锂离子单电子还原机理的理论研究

锂离子电池电解液中溶剂化锂离子的还原反应对研究碳负极与电解液相界面相互作用、预测SEI膜形成机理至关重要。本文通过密度泛函方法(DFT)对EC和PC基电解液溶剂化锂离子得电子前后的结构信息、AIM、轨道等进行深入分析,利用过渡态和IRC理论研究EC和PC基电解液单电子还原反应历程。计算表明,PC溶剂化的Li+体系更加稳定,容易插入碳层使其粉化,EC溶剂化的Li+则更易得到电子,发生单电子还原反应。通过探讨Li+(EC)n和Li+(PC)n(n=1~4)还原反应历程中电子结构的变化,推测EC和PC单电子还原形成阴离子自由基的新历程。该历程能够更加合理地解释有机电解液在碳负极表面结合电子形成SEI膜的过程,为电解液的设计和选取提供理论基础。     

添加剂氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池性能的影响

在1 mol·L-1 LiPF6/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)+碳酸甲乙酯(EMC)(EC、DMC、EMC体积比为1:1:1)电解液中加入体积比为2%的添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC), 用循环伏安法(CV)、扫描电镜(SEM)、能量散射光谱(EDS)、电化学阻抗谱(EIS)等方法, 研究了FEC 对锂离子电池性能及石墨化中间相碳微球(MCMB)电极/电解液界面性质的影响. 结果表明, 体积比2%FEC的添加可以抑制部分电解液溶剂的分解, 在MCMB电极表面形成一层性能优良的固体电解液相界面(SEI)膜, 降低了电池的阻抗, 明显提高了电池的比容量和循环稳定性.     

LiBOB-PC/DEC电解液性质研究

合成锂离子电池新型电解质锂盐L iBOB,并与PC/DEC溶剂配成电解液.室温下研究了L iBOB-PC/DEC电解液电导率随锂盐浓度的变化规律及其用于L i/ARG电池充放电循环性能的最佳组成配比,为0.5mol.L-1L iBOB-PC/DEC(3∶7).应用交流阻抗和循环伏安法研究了该最佳电解液的电化学性质及其电极/界面状态,结果显示,石墨电极在这种电解液中可形成良好的SEI膜.     

新型锂离子电池电解液添加剂的合成与应用

设计并合成了一系列基于苯环和环状碳酸酯的有机分子双(2,3-环碳酸甘油酯)对苯二甲酸酯、三(2,3-环碳酸甘油酯)均苯三甲酸酯和四(2,3-环碳酸甘油酯)均苯四甲酸酯,采用倍率测试、恒流充放电测试、交流阻抗测试和扫描电子显微镜测试等手段研究了这些添加剂对锂离子电池性能的影响.通过对循环20周前后球化石墨电极形貌的对比,发现含均苯四甲酸酯和均苯三甲酸酯的电解液球化石墨电极表面相对于空白电解液可形成一层致密而稳定的固体电解质中间相膜(SEI),从而优化电极-电解液的界面性能,且电池电阻增加较小;在测试电池的倍率性能时发现,均苯四甲酸酯的加入可以改善电池的倍率性能,而对苯二甲酸酯的加入则未能改善电池的循环性能.     

腈基功能化有机硅电解液添加剂对LiFePO4电池低温性能的影响

合成了一种腈基功能化有机硅化合物3-氰乙基-二乙氧基-甲基硅烷(DESCN), 并对其化学结构和电化学窗口进行了表征. 采用恒流充放电、 扫描电子显微镜(SEM)、 X射线光电子能谱(XPS)及电化学阻抗谱(EIS)等方法研究了DESCN添加剂对LiFePO₄电池低温性能的影响. 结果表明, DESCN化合物能够在电极表面参与形成更薄、 更均匀且致密的固体电解质界面(SEI)膜, 抑制电解液副反应的发生, 减小界面膜阻抗, 有利于低温下电极/电解液界面的Li⁺扩散和电荷转移, 从而提高LiFePO₄电池的低温性能.     

钠离子电池低温电解质的研究进展与挑战

钠离子电池因资源丰富、成本低廉、安全性高及环境友好等优势,在低速电动汽车、大型储能系统等领域备受关注。电解质作为电池的重要组成部分之一,承担着在正负极间传输离子的作用,对电池的循环寿命、倍率、安全性及自放电等性能具有重要影响。然而,在低温环境下,由于离子电导率下降、电解质与正负极兼容性变差、去溶剂化能升高、电极/电解质界面性质变差等问题,使得钠离子电池难以发挥理想的性能。本文总结了近年来对低温电解质的钠离子溶剂化结构及电极/电解质界面的新认识,并对基于氢键网络破坏、弱溶剂化、快速反应动力学及阴离子干预的低温电解质设计策略进行了系统分析。最后,提出深入理解电解质的钠离子溶剂化结构、电极/电解质界面性质与电解质低温性能之间的关系是未来从电解质角度提升钠离子电池低温性能的关键。     

锂离子电池电解液成膜添加剂乙烯基亚硫酸乙烯酯的电化学行为

研究了具有不饱和双键和亚硫酸酯双官能团的乙烯基亚硫酸乙烯酯(VES)作为锂离子电池电解液成膜添加剂对中间相碳微球(CMS)和LiFePO4电极电化学性能的影响. 结果表明: 在1 mol/L LiClO4/PC电解液体系中, 少量的VES (5%)能够在电化学过程中先于PC在CMS表面还原, 形成稳定的SEI膜, 明显抑制PC和溶剂化锂离子共嵌入石墨层间, 改善了电池的循环性能. 此外, 电解液1 mol/L LiClO4/PC＋5%VES (V∶V)在LiFePO4电极中展现出良好的电化学稳定性.     

高压锂离子电池电解液的研究进展

电极/电解液界面不稳定是高压锂离子电池发展的主要瓶颈.提高界面稳定性是高压锂离子电池得以应用的前提.本文综述了碳酸酯基电解液氧化分解反应机理、新型耐高压溶剂体系和新型成膜添加剂实验与理论的研究进展.     

环亚硫酸甘油酯衍生物作为电解液添加剂对锂离子电池电化学性能的影响

在亚硫酸酯基团的基础上引入苯环,设计并合成了3种环亚硫酸甘油酯衍生物[双(1,2-环亚硫酸甘油酯)对苯二甲酸酯、三(1,2-环亚硫酸甘油酯)均苯三甲酸酯和四(1,2-环亚硫酸甘油酯)均苯四甲酸酯],通过倍率充放电、恒流充放电、交流阻抗和扫描电子显微镜等测试研究了这些添加剂对锂离子电池性能的影响.结果表明,与空白电解液相比,加入三(1,2-环亚硫酸甘油酯)均苯三甲酸酯的电解液球化石墨电极表面可形成一层致密而稳定的固体电解质界面(SEI)膜,从而优化电极-电解液的界面性能,改善电池的倍率性能和循环性能,且在循环80周后电池阻抗增加较小;而双(1,2-环亚硫酸甘油酯)对苯二甲酸酯和四(1,2-环亚硫酸甘油酯)均苯四甲酸酯的加入不会明显改善电池的循环性能.研究结果表明苯环上亚硫酸甘油酯基团的数目对其性能影响较大.     

新型添加剂全氟辛酸铵对提高锂离子电池安全性能的研究

报导可显著提高锂离子电池安全性的新型电解液添加剂全氟辛酸铵(APC). UL 94 可燃性试验显示添加0.70 wt% APC能使有机电解液的火焰传播速率下降33%. 差示扫描量热法(DSC)测试表明APC显著减弱了嵌锂碳电极和电解液之间的放热反应, 并将其热不稳定温度由138.0 ℃提高到167.5 ℃. 交流阻抗检测显示APC的加入明显降低了碳材料电极的界面阻抗, 并且提高了在储存过程中其固态电解质界面(SEI)层的稳定性. 添加APC还能有效地提高Li/MCMB电池充放电循环性能和库仑效率.     

锂离子二次电池界面过程的红外光谱研究

锂离子二次电池界面反应主要包括锂离子嵌入/脱出、溶剂化/去溶剂化、电解液分解和固体电解质界面膜的形成与变化等.这些过程直接影响锂离子二次电池能源转换和储存的效率以及安全性能.运用红外光谱从分子水平上认识锂离子二次电池的各种界面反应过程并阐述其反应机理,有助于设计锂离子二次电池新体系、提升其性能并发展非水电解质理论.本文...     

原子力显微镜在锂离子电池界面研究中的应用

近几年,电动汽车市场的飞速发展对锂离子电池的能量密度和安全性提出了更高的要求. 然而,过去近30年,在应用终端市场的大力推动下,锂离子电池的电极材料、电池结构设计和生产工艺都已经发展得比较成熟,容量提升空间已经比较小,想要进一步提高现有锂离子电池的能量密度,需要对锂离子电池的整个系统和工作原理有更深刻和全面的理解. 存在于锂离子电池电极材料和电解液之间的固态电解质中间相（solid electrolyte interphase,SEI）已被证明是一个影响电池性能的重要因素,目前学术界和产业界对其认识还不是很全面,尤其是高分辨、工况下以及多技术联合的界面表征工作较少见到报道. 原子力显微镜（atomic force microscopy,AFM）通过探测针尖与样品之间的相互作用力,能够在原子尺度上原位表征液态电池界面的形貌以及力学特性,对于电极界面的理解和调控非常重要. 本文作者通过总结近几年AFM在锂离子电池SEI研究的中的应用,并结合本课题组在该领域的工作,对AFM技术在锂离子电池SEI研究中的应用做了总结和展望,对加深锂离子电池界面的理解,以及构建稳定锂电池界面的相关研究有参考意义.     

含FEC电解液的锂离子电池低温性能研究

研究含FEC溶剂电解液(FEC+EMC,EC,PC)的低温性能及其与磷酸铁锂正极或中间相碳微球(MCMB)负极的匹配.该电解液具有较高的低温电导率,FEC可在1.6 V与负极反应成膜,有效地提高负极稳定性.红外测试发现,FEC可抑制其它电解液溶剂在负极成膜过程中的分解,在常温(20℃)和低温(-20℃)下形成的SEI膜阻抗均较低.电化学测试表明,以该电解液装配的锂离子电池(电极)具有较高的低温放电容量和倍率性能.     

含有氟代溶剂或含氟添加剂的锂离子电解液

随着大型移动设备（如新能源汽车等）、储能电站及其他便携式充电设备的日益普及,锂离子电池正逐步占领化学电源市场的主导地位。电解液是锂离子电池的重要组成部分,对电池的许多性能如输出电压、能量密度、输出功率、寿命、温度适用范围和安全性能等具有重要的影响。氟具有很强的电负性和弱极性,氟代溶剂或含氟添加剂具有低熔点、高闪点和高氧化分解电压等优点。氟代溶剂与电极材料之间的润湿性也较好,在高电压电解液、高安全性电解液、宽温度窗口电解液以及其他特殊功能电解液的开发中具有深入的研究和广泛的应用。本文综述了近年来氟代溶剂或添加剂在锂离子电池电解液中的不同应用,分析阐述了其对电池性能提升的机理,总结了以氟代碳酸乙烯酯（FEC）为代表的氟代溶剂的合成方法,最后对用于锂离子电池电解液的氟代溶剂或含氟添加剂的研发方向和发展趋势进行了展望。     

当前和下一代锂离子电池电解液的原子尺度微观认识和研究进展

电解液及构筑电极电解液界面对于开发和应用高比容量储能系统至关重要。具体来说，电解液的机械（抗压性、粘度）、热（热导率和热容）、化学（溶解性、活度、反应性）、输运和电化学（界面及界面层）等性质，与其所组成的储能器件的性能直接相关。目前，大量的实验研究通过调控电解液的物理和/或化学组成来改善电解液性能，以满足新型电极材料的工作运行。与此同时，理论模拟方法近年来得到了迅速发展，使人们可以从原子尺度来理解电解液在控制离子输运和构筑功能化界面的作用。站在理论模拟研究的前沿上，人们可以利用其所揭示的机理性认识对新型电解液开展理性设计。本文首先总结了传统电解液的组成、溶剂化结构和输运性质以及电极电解液界面层的形成机理，进一步讨论了利用新型电解液设计稳定电极电解液界面层的方法，包括使用电解液添加剂、高浓电解液和固态电解质，并着重讨论了对这些新型电解液体系进行原子尺度模拟的最新进展，为了解和认识电解液提供更为基本的理解，并为未来电解液的设计提供系统的指导。最后，作者对新型电解液的理论筛选进行了展望。     

LiBOB对Li_(1.15)Ni_(0.68)Mn_(1.32)O_4电极电化学行为的影响

采用恒电流充放电技术研究了锂离子电池电解液添加剂双草酸硼酸锂(Li BOB)对Li1.15Ni0.68Mn1.32O4电极电化学性能的影响,用X射线衍射(XRD)、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(FTIR-ATR)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学阻抗谱(EIS)分析了Li BOB对Li1.15Ni0.68Mn1.32O4电极性能的影响.结果显示,Li BOB作为电解液添加剂能显著改善Li1.15Ni0.68Mn1.32O4电极的循环性能,原因是Li BOB在充放电过程中会在Li1.15Ni0.68Mn1.32O4电极表面发生分解,分解产物在电极表面沉积形成固体电解质界面(SEI)膜,SEI膜能够有效抑制Li1.15Ni0.68Mn1.32O4电极材料中Mn的溶解,确保其晶体结构的稳定性,从而提高Li1.15Ni0.68Mn1.32O4电极的循环性能.