论文摘要
开发性能优良的低温锂离子电池对于军事与航天事业的发展意义重大。电解液组成是影响电池低温性能的关键因素之一。本论文中我们优化了电解液组成,考察了其对锂离子电池常温及低温电化学性能影响,并通过电化学阻抗谱（EIS）、扫描电镜（SEM）测试、傅立叶红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析,确定了低温放电性能最佳的碳酸乙烯酯（EC）基和碳酸丙烯酯（PC）基体系。EC是电解液不可缺少的成分,但是其较高的熔点限制了低温应用,我们采用EC与低熔点溶剂混合的多元体系来改善低温性能。我们的实验结果发现,三元溶剂体系EC+DMC（碳酸二甲酯）+EMC（碳酸甲乙酯）的低温放电性能明显优于二元溶剂体系EC+DMC,体系EC+DMC+EMC（1:1:1）于-10℃的相对容量比体系EC+DMC（1:1）高11.9%;EC+DMC+EMC最优化比例为1:1:3,该电解液体系在室温、-10℃、-20℃、-30℃及-40℃下的放电容量分别为137.4mAh/g、127.3mAh/g、117.4mAh/g、109.1mAh/g和99.1mAh/g,容量分别保持在室温的100%、92.9%、85.4%、79.4%和72.1%,表现出良好的低温性能。EIS结果表明,温度降低,电解液电阻稍有增加,然而SEI膜电阻增加幅度更为显著,说明低温条件下SEI膜电阻对低温性能的影响大于电解液电阻。PC因具备熔点低等诸多优点常用做低温溶剂,我们通过优化PC与EC、EMC的比例来确定低温性能最佳的PC基体系。我们的实验结果发现,电解液体系1mol/L LiPF6/PC+EC+EMC最优化溶剂比例为1:1:4,MAGD（石墨负极）/Li在该体系中于-20℃的容量为348.7mAh/g,保持在室温容量的96.7%。由于PC的共嵌问题,MAGD/Li在体系PC+EC+EMC（1:1:4）中的首次库伦效率仅为76.9%。为了克服PC共嵌的问题,在1mol/L LiPF6/PC+EC+EMC（1:1:4）体系中添加适量的双乙二酸硼酸锂（LiBOB） ,实验发现MAGD/Li在0.98 mol/L LiPF6+0.02 mol/L LiBOB/PC+EC+EMC（1:1:4）的首次库仑效率增加到80.5%,少量的LiBOB即可用于改善PC基体系的性能。EIS结果表明,相同温度下充满电MAGD/Li的SEI膜电阻（Rsei）大于放完电状态的Rsei,说明了脱锂态的MAGD对低温性能的影响大于嵌锂态的MAGD。FTIR结果表明,LiBOB在首次充放电过程中参与了成膜反应。XPS结果表明,LiBOB参与形成了更稳定的成膜物质,该物质是硼的三价氧化物,且在电解液中不溶解,具有较好的稳定性。