锂离子电池石墨负极首次充放电性能研究

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锂离子电池具有能量密度高和循环寿命长,绿色环保等优点,目前被广泛应用。石墨作为锂离子电池常用的一种负极材料,其首次充放电形成的SEI膜一方面会损耗一部分锂离子,另一方面此过程中形成的SEI膜的成分等因素对锂离子电池的充放电性能,贮存性能,循环性能和安全性等有很大的影响,因此研究石墨的首次电化学性能是相当必要且重要的。本文主要研究了石墨物化性能、化成条件、电解液对负极首次电化学性能方面(容量,不可逆容量,首次库仑效率,电化学反应等)的影响。对于中间相炭微球(MCMB),平均粒径为6-23μm范围时,随着粒径的增大,比表面积依次减小,可逆容量呈增大趋势,不可逆容量相应减小,首次库仑效率增大,均大于88%。天然石墨(NG),人造石墨(AG),中间相石墨(MCP)的石墨化度依次减小,其中NG可逆容量最大,MCP居中,AG比MCP稍小。三种石墨与匹配的电解液使用时,不可逆容量较少,首次库仑效率大于92%。NG和MCP对电解液很敏感,当电解液中含一定量的碳酸丙烯酯(PC)溶剂时,其首次充放电的不可逆容量相当大,导致首次库仑效率特别低。研究发现,电解液中30%PC含量是石墨剥离界点。为了抑制PC的分解反应甚至是溶剂化锂的共嵌入,在含PC的电解液中加入碳酸亚乙烯酯(VC)和丙烷磺内酯(PS),这两种添加剂都在高于PC反应的电位反应形成SEI膜,从而起到了抑制PC分解的作用。研究了不同化成条件下对石墨负极SEI的影响,发现优化后的化成条件与比常规的化成条件表现出更高的库仑效率和放电容量保持率。
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