柱状金属锂沉积物:电解液添加剂的影响

二次电池的能量密度已成为推动电动汽车和便携式电子产品技术向前发展的重要指标。使用石墨负极的锂离子电池正接近其理论能量密度的天花板,但仍难以满足高端储能设备的需求。金属锂负极因其极高的理论比容量和极低的电极电位,受到了广泛关注。然而,锂沉积过程中枝晶的生长会导致电池安全性差等问题。电解液对金属锂的沉积有着至关重要的影响。本文设计了一种独特的电解槽体系来进行柱状锂的沉积,研究了不同电解液体系(1mol·L^(-1)LiPF6-碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯(EC/DEC,体积比为1:1)、1 mol·L^(-1) LiPF6-氟代碳酸乙烯酯(FEC,体积分数5%)-EC/DEC (体积比为1:1))对金属锂沉积的影响。对两种电解液中金属锂沉积物长径比的研究表明,电解液的组分可以显著地影响金属锂的沉积形貌,在加入氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加剂之后,柱状锂的直径从0.3–0.6μm增加到0.7–1.3μm,长径比从12.5下降到5.6。长径比的降低有助于减小金属锂和电解液的反应面积,提高金属锂负极的利用率和循环寿命。通过考察循环后锂片的表面化学性质,发现FEC的分解增加了锂表面固态电解质界面层中氟化锂(LiF)组分的比例,提高了界面层中锂离子的扩散速率,减少了锂的成核位点,从而给予锂核更大的生长空间,降低了沉积出的柱状锂的长径比。

三元圆柱动力锂离子电池高低温性能研究

研究了单体18650三元锂离子电池及其不同排布方式的并联电池组的高低温性能(40℃、30℃、±20℃、±10℃、0℃)性能,结果表明,单体电池的充放电容量及放电平台都会随着环境温度的下降而下降,在高温区间(25-40oC)下降不是很明显,其容量均接近甚至超过其额定容量,在低温区间(-20oC-20)时下降非常明显,电池性能明显变差,尤其在-20℃,容量仅为额定容量56%,平台下降约8.3%。此外并联成组电池在高温30oC和低温-10℃时,双排的充放电容量均要好于单排,但其衰减较快,循环性能不如单排电池。