硫化亞銅負極材料在常用電解液中電化學性能研究.pdf

1、目前商用的石墨負極材料本身振實密度較低，過充狀態(tài)下容易產生鋰枝晶，會刺破隔膜造成短路，導致電池安全性問題;并且在電化學過程中常常伴隨較大的體積變化和結構塌陷，導致該材料的循環(huán)性能變差。故而開發(fā)新型負極材料一直成為鋰離子電極材料研究的熱點。
　　硫化亞銅材料以其優(yōu)異循環(huán)性能，倍率性能，高的電子導電性(104 S·cm-1)，有且僅有一個平坦的放電平臺，成為具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦弯囯x子電池負極材料。文獻報道納米棒狀的硫化亞銅材料在醚類電解

2、液中，可在3200 mA·g-1的大電流充放電下獲得260 mAh·g-1的可逆容量，其高倍率充放電性能，為材料在動力電池上的應用提供了可能。本論文主要研究商用微米級無特定形貌的硫化亞銅材料在常用電解液中的電化學性能，具體包括以下內容:
　　(1)醚類電解液中，硫化亞銅材料電化學性能研究:表征該硫化亞銅材料的結構與形貌，測試該材料在醚類電解液中電化學性能。實驗表明該材料具有優(yōu)異的循環(huán)性能，2C循環(huán)500圈容量穩(wěn)定在310 mAh·

3、g-1，且?guī)靷愋?00％。其中環(huán)狀醚類溶劑與鏈狀醚類溶劑的不同比例對電池的首圈效率及首圈存在的2.32 V電位的影響不大，但環(huán)狀醚類的不穩(wěn)定性會影響電池的循環(huán)性能，當二氧戊環(huán)的比例大于70％時，材料的循環(huán)性受到嚴重影響，100圈容量保持率＜30％。
　　(2)酯類電解液中，硫化亞銅材料電化學性能研究與改性:由于醚類電解液電化學窗口較窄，導致硫化亞銅負極與正極材料的匹配存在問題，故研究了酯類電解液中硫化亞銅的性能。配制單一碳酸酯溶

4、劑的1 M LiPF6溶液，并研究硫化亞銅材料在每一種單組分電解液中的電化學性能，實驗發(fā)現硫化亞銅材料在酯類電解液中容量的迅速衰減，主要由環(huán)狀酯類溶劑引起（碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，氟代碳酸乙烯酯，碳酸亞乙烯酯等電解液液中，硫化亞銅半電池，10圈容量保持率＜5％），通過環(huán)狀酯類與鏈狀酯類反應的吉布斯自由能計算表明環(huán)狀酯類容易與充放電過程中的中間產物發(fā)生反應，且通過XPS實驗結果表明EC基電解液中循環(huán)至無容量的硫化亞銅極片，會存在C-S鍵，

5、SEM電鏡圖中也能看到極片表面有膜的存在，證明了理論計算的可行性。而鏈狀酯類中，不易發(fā)生該反應，故硫化亞銅材料在鏈狀酯類電解液中具有較好的循環(huán)性能，循環(huán)50圈可保持200 mAh· g-1的可逆容量。
　　(3)鏈狀酯類溶劑中，硫化亞銅電池性能的研究與改性:硫化亞銅材料在鏈狀酯類為基礎的酯類電解液中，有較好的循環(huán)性能，但與醚類電解液中的優(yōu)異性能相差較多。在鏈狀酯類電解液中，循環(huán)過程中依然存在活性物質的損失及循環(huán)后期電池過充現象。故