多氟型電解液阻燃添加劑對(duì)鋰離子電池電化學(xué)性能影響.pdf

1、可充電鋰離子電池由于其高能量密度、快速充放電能力、無(wú)記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是理想的綠色環(huán)保電池，并廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車以及混合電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。但是安全性是制約大容量鋰離子電池商品化的重要因素之一，而電解液的高度易燃性是引起電池安全問(wèn)題的重要原因，因此尋找合適的阻燃添加劑是解決這一問(wèn)題的有效手段之一。本文運(yùn)用自蔓延測(cè)試、自熄滅測(cè)試等方法研究阻燃劑HRF對(duì)電解液性能的影響，并研究了阻燃劑HRF對(duì)石墨、LiN

2、i0.5Co0.2Mn0.3O2材料電化學(xué)性能的影響。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　（1）在1mol·L-1 LiPF6/EC+DMC+DEC電解液中分別添加0.5％、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%和5.0%的HRF，電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)未加添加劑的原始電解液電導(dǎo)率為8.21 mS·cm-1，添加了5.0%阻燃劑的電解液電導(dǎo)率降低為6.85 mS·cm-1；采用自熄滅法和自蔓延法測(cè)試電解液的燃燒性能，結(jié)果表明，隨著

3、電解液中阻燃劑添加量的增加，單位質(zhì)量電解液燃燒所需時(shí)間變長(zhǎng)，火焰蔓延單位長(zhǎng)度所需時(shí)間也變長(zhǎng)，說(shuō)明加入阻燃劑后，電解液的燃燒性能被抑制，并且燃燒的過(guò)程變的更加平緩，火焰的傳播速率變慢，這可以有效防止電解液燃燒過(guò)程中短時(shí)間內(nèi)釋放大量的熱，從而減小了電池爆炸的風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)阻燃劑的含量增加到6%時(shí)，電解液在空氣中已經(jīng)不能被點(diǎn)燃；LSV結(jié)果顯示，HRF使電解液的耐氧化能力增加，且HRF含量越多，電解液的耐氧化能力越強(qiáng)，這就一定程度上抑制了溶劑分子的氧

4、化。
　?。?）研究阻HRF對(duì)鋰離子電池石墨負(fù)極電化學(xué)性能的影響。運(yùn)用掃描電子顯微鏡觀察了在未添加和添加0.5% HRF的電解液中石墨負(fù)極表面SEI膜的形貌變化，在加入HRF之后，石墨負(fù)極表面形成的SEI膜均勻性比在未加添加劑的電解液中形成的SEI膜細(xì)差，且有一定的溝壑，這會(huì)使鋰離子在石墨負(fù)極中的嵌入和脫出更容易集中，破壞SEI膜的完整性，最終導(dǎo)致鋰離子電池的循環(huán)性能變差；采用恒流充放電測(cè)試、循環(huán)伏安法和電化學(xué)阻抗譜測(cè)試研究了HR

5、F對(duì)石墨負(fù)極的電化學(xué)性能影響，結(jié)果表明，加入HRF后，電池首次充放電過(guò)程中電解液組分EC的還原分解過(guò)程被抑制，循環(huán)穩(wěn)定性略微下降，EIS結(jié)果表明加入HRF后電荷傳遞的電阻比在原始電解液中的電阻大，電荷傳遞的難度變大。
　?。?）選取LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2為典型的正極材料，運(yùn)用恒流充放電、CV和EIS等測(cè)研究了不同添加量下HRF對(duì)LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正極的電化學(xué)性能影響。充放電結(jié)果顯示，當(dāng)電解液中H

6、RF添加量為0.5%和1%的時(shí)，電極容量衰減較慢，循環(huán)性能較好，當(dāng)添加量達(dá)到3%甚至5%時(shí)，70周后電極放電容量的波動(dòng)劇烈，表明脫嵌鋰的過(guò)程對(duì)材料結(jié)構(gòu)已經(jīng)造成了損壞。循環(huán)伏安測(cè)試結(jié)果顯示，HRF的存在對(duì) Co3+/Co4+的可逆氧化還原過(guò)程有一定的抑制作用，減少了Co元素的氧化。同時(shí)隨著 HRF添加量的增加，Ni2+/Ni3+轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)應(yīng)的峰發(fā)生明顯的偏移。EIS測(cè)試結(jié)果表明，在添加0.5% HRF的電解液中，充放電過(guò)程中的RSEI的值