锂离子电池PC基电解液负极成膜添加剂

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锂离子电池因其高能量密度和长循环寿命等优点已得到广泛应用。电解液是锂离子电池的重要组成部分,碳酸丙烯酯(PC)的介电常数高、熔点低(-48.8℃),是重要电解液组分。但是,在商品化锂离子电池中,PC容易在石墨电极表面还原和与溶剂化Li+共嵌入石墨层间,引起石墨体积膨胀和剥落。  在PC基电解液中加入少量添加剂,使其在石墨表面形成固体电解质界面(SEI)膜,可以有效抑制PC对石墨的破坏。本文提出了二种新型添加剂,通过分子轨道理论计算方法、循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、傅里叶红外光谱(FFIR)和X射线光电子能谱(XPS)方法,研究在PC基电解液中添加剂对石墨电极界面和电化学性能的影响,得出以下结果:  1.丙烯基-1,3-丙磺酸内酯(PES)添加剂。通过理论计算和实验证明,PES具有比溶剂和商品化成膜添加剂丙磺酸内酯(PS)更高的还原电位,能够在石墨电极表面优先还原形成SEI膜。与PS比较,含有添加剂PES的电池具有更好的电化学性能。PES形成的SEI膜较为稳定,经过高温储藏后,含PES的电池具有更好的电化学性能。  2.PES形成的SEI膜性质。EIS分析表明,添加剂PES有助于提高界面反应的动力学性质。SEM观察到在含有PES的电解液中,经过循环后石墨结构没有被破坏。通过EDS、FTIR和XPS对石墨电极的分析,含有PES添加剂的PC基电解液,石墨电极经过循环后表面覆盖一层SEI膜,它的主要成分是Li2SO3、ROSO2Li、LiF、Li2O、Li2CO3、烷烃、醚类和烷基碳酸锂等。  3.4-氟苯基醋酸酯(FPA)添加剂。通过理论计算方法证明了FPA具有比其他溶剂更高的还原电位。电化学性能测试表明FPA能够在初始循环中形成优良的SEI膜抑制PC的共嵌,保护石墨电极。FTIR分析得知,SEI膜成分主要包括了芳环、RC(F)x、烷烃、醚类和烷基碳酸锂等。
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