锂离子电池电解液的成膜添加剂钾盐

来源:钜大LARGE    2011-06-06 13:35:00    点击量:0

钾盐与钠盐一些钾盐,如K2C03、KCl04和K2S03,也可以用作锂离子电池电解液的成膜添加剂。图4—18为天然石墨负极在lm01/LLlCl04/EC+DEC电解液中和添加不同钾盐(K2C03、KCl04和K2S03)的该电解液中首次循环的恒电流充放电曲线。无添加剂时,石墨负极在首次充电过程中的充电容量高达433.3mA.h/g,而放电容量仅为266.OmA.h/g,不可逆容量高达167.3mA.h棺,首次循环的库仑效率为68.2%。电解液中加入不同的钾盐添加剂(K2C03、KClQ和K2S03)后,天然石墨的首次充电容量均明显降低,放电容量分别增加到321.2mA.h旭、306.4mA.h/g和283.9mA.h旭,首次循环的库仑效率分别提高到85.7%、82.8%和77.6%。
交流阻抗分析表明,K2CO:添加剂的使用明显降低了石墨/电解液间的界面电阻,添加K2COs后,电极界面SEI膜电阻仅为没有使用添加剂时的l/5,从而减小了电极过程中锂离子迁移过程的阻力,利于锂离子在石墨层间的快速嵌层与脱嵌,削弱了电极在快速充放电条件下的极化现象,电极的倍率充放电性能可以因而显著提高。K+作为电解液的添加利改善石墨类负极材料在lmol/LLiCl0,/EC+DEC电解液中电化学性能的原因是由于K、在体系中的溶剂化状况与工厂不同。K+体积大、电荷密度低,在溶液中的溶剂化程度低于I。厂,在电极充电过程中,K+优先到达石墨负极表面,并在电极双电层附近聚集,以致双电层处KCl04的浓度迅速增长。KCI()+在有机电解液中的溶解度很低,于是便有少量KCl04沉积在电极表面。形成一层固体KCl04保护膜,阻止了电极表面溶剂化锂离子的还原或嵌层反应。
基于这种机制,K+只有在以LiCl04为溶质的EC基电解液中才对电极表面SEI膜的形成有优化作用,在以I,iPF6溶质或PC为溶剂的电解液中,这种改善作用是不存八的,相反甚至表现出破坏作用。
与K+相似,Na、;Ul对炭负极表面SEI膜的形成有促进作用,Komaba在1mol/L LiclO4/EC+DEC电解液中加入少量NaclO4同样降低了电极首次充电过程的不可逆容量。改善了电极的循环性能和倍率充放电性能。Na+对石墨电极在1mol/L LiclO4/EC+DEC电解液中电化学性能的改善与K+有类似的机制,电极表面SEI膜的优化情况如图4-20所示。由图可见,石墨电极在添加少量NaCl04的电解液中形成的SEI膜比没有添加NaclO4时更加均匀、密实,SEI膜确实得到了优化,同样,Na+也只能在LiclO4为溶质的EC基电解液中才对电极表面SEI膜的形成有改善作用,在以其它锂盐为溶质或其它溶剂体系(如PC)的电解液中,则表现出一定的破坏作用。