电解液组成对锂离子电池电化学性能的影响

材料物理与化学研究】收稿日期:2006-10-23基金项目:咸阳师范学院科研基金项目(04XSYK109)。作者简介:张君才(1963-),男,陕西岐山县人,咸阳师范学院化学系副教授,主要从事物理化学教学和电分析化学的研究。
2006年12月咸阳师范学院学报
三聚氰胺甲醛树脂
Dec.2006第21卷第6期
JournalofXianyangNormalUniversity
Vol.21No.6
锂离子电池因其具有较高的电位和高能量密度而得到广泛的实际应用[1-4]。为了使电池在容量、电位、可逆性、安全性等诸方面进行改良[5-6],如今在以
LiMn2O4为代表的一般电极材料构造基本骨格的基
础上,新合成出了许多毒性较小,价格便宜的锂的复合氧化物[7-10],LiMn1.5Ni0.5O4就是其中的一种,其电位在5V附近。为此,我们选用以LiMn1.5Ni0.5O4为5V电池备选的正极活性物质,研究有机电解质溶液组成对电池电化学性能的影响。
1实验部分
1.1试剂和药品1.1.1溶剂
本研究所使用的有机溶剂的结构和物理化学特性如表1所示。碳酸乙烯酯(EC),碳酸丙烯酯(P
C),碳酸二乙酯(DEC),碳酸二甲酯(DMC)。这些物质按一定的体积比混合,作为电解质溶剂来使用,这些有机溶剂都直接使用岸田化学的电池用溶剂。
1.1.2电解质盐
LiPF6(日本富山药品工业特级试剂),LiBF4(森
田化学特级试剂)。
1.1.3活性物质(LiMn1.5Ni0.5O4)
所使用的化学试剂和药品是由田中化学研究所提供的。
1.2电极的制作方法
活性物质LiMn1.5Ni0.5O4[田中化学]、导电剂乙烯炭素材料(AB)和结着剂聚偏氟乙烯(PVdF)按质量比
80:10:12混合,适量添加1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP,ALDRICH),在直径为11mm的Al基板上(厚度0.20mm)上涂以上混合物,于80℃的温度下干燥1小时,120℃的温度下半减压干燥5个半小时,即为电极。1.3电解液的电化学稳定性
测定时把信号发生器[HOKUTODENKO;HB-104]、
恒电位/电流装置[HOKUTODENKO;HA-201]和XY记录器[YOKOGAWAELECTRICWORKS;TYPE3086]组合使用。
用涂布好活性物质LiMn1.5Ni0.5O4的电极作试验电极,锂片作参比电极,不锈钢单面切锂网作对电极组合成三极式杯型电池(图1)。设定电压扫描范围为0.0 ̄6.5V,扫描速度为10mV.s-1时进行试验。
1.4定电流充放电试验
测定时把定电流充放电调节器[TOYOSYSTEM;
TOSCAT-3100U]和电脑[NEC;PC-9801BX]组合使加热器端差
电解液组成对锂离子电池电化学性能的影响
张君才,陈佑宁,耿薇
(咸阳师范学院化学系,陕西咸阳712000)
要:以LiMn1.5Ni0.5O4作为锂离子电池的正极材料,用电化学手段考察了其电池的电化
学性能与电解液组成的关系,研究发现混合电解液的放电容量的顺序为EC+DEC(1:1)>EC+
DMC(1:1)>EC+DEC(3:2)>EC+DEC(2:3)>EC+PC(1:1),从而为LiMn1.5Ni0.5O4作为锂离子电
池的正极材料选择了较理想的混合电解液。
关键词:锂离子电池;LiMn1.5Ni0.5O4;电解液组成中图分类号:O646.5
文献标识码:
A文章编号:1672-2914(2006)06-0027-04
・28・咸阳师范学院学报第21卷
2.2充放电试验结果分析
在各组成的电解液中,用定电流法研究LiMn1.5Ni0.5O4电极的充放电特性。测定条件:充放电速度相当于0.1C的定电流,充电一侧的断电位是5.1V,放电一侧的断电位是3.5V。定电流充放电试验的结果如图4所示。每周期放电电容的变化如图5所示,图6中EC+DEC(1:1)、EC+DMC(1:1)在第10次充放电循环后,效率达到95%以上,EC+DEC(3:2)、EC+DEC(2:3)在第17次充放电循环后,效率约为90%。另一方面,EC+PC的放电电容不稳定。
如果把初期的放电容量作比较,顺序为EC+DEC(1:1)>EC+DMC(1:1)>EC+DEC(3:2)>EC+DEC(2:3)>
图1杯型电池示意图(A)试验电极(LiMn1.5Ni0.5O4)(B)参比电极(锂片)
(C)对电极(不锈钢网单面切锂)(D)电解液
用。测定电池的试验电极是LiMn
1.5
Ni0.5O4,对电极是
Li片,离析器是电池导向装置(2500型),把这些组合
成杯型电池(2032型)(图1)。在LiMn
1.5
Ni0.5O4电极上设置一定的电流密度,对电极的断电位在充电(氧化)方向是5.1V,放电(还原)方向是3.5V时进行试验。2实验结果与讨论
2.1电解液的电化学稳定性
长春大学学报作为构成电池的必要条件,电解液应不与负极和正极的活性物质发生反应。本实验中,为了使锂二次电池的附加电压达到5V以上,在广泛电位范围中,无论是还原反应(负极)还是氧化反应(正极)都需要有抗异变性和广泛电位窗的电解液。5V二次电池,充电时为了加过电位,电解液必须有更高的稳定的电位范围。
各电解液的氧化电位测定结果如图2、图3所示。氧化电位的测定结果从大到小排列的顺序为EC+PC(1:1)>EC+DEC(3:2)>EC+DEC(1:1)>EC+DMC(1:1)>EC+DEC(2:3)>EC+DEC(1:1)/LiBF4.由此可得,EC+DEC(1:1)电解质中抗氧化性的顺序是LiPF6>LiBF6,溶剂的抗氧化性在EC作共溶剂时的顺序
是PC>DEC>DMC。
第6期张君才,等:电解液组成对锂离子电池电化学性能的影响研究・29・
EC+PC(1:1)。但是在EC+DMC(1:1)中,充放电反应时的过电位小,电极反应无干扰。这与循环伏安法中氧化还原电位差小的事实相符,每次循环容量减小的幅度也是最小。EC+DEC这类电解液的初期容量较高,充电时过电位逐渐变大,放电容量减弱。这与循环伏安法氧化还原电位差逐渐变大的倾向相符。散文诗世界
3结论
LiMn1.5Ni0.5O4的电极特性很大方面受溶剂和电解质盐组成的电解液的影响[11-12]。定电流充放电试验中比较放电容量的顺序为EC+DEC(1:1)>EC+DMC(1:1)>EC+DEC(3:2)>EC+DEC(2:3)>EC+PC(1:1)。然而EC+DMC(1:1)每次循环容量减小的幅度最小。这与循环伏安法得出的EC+DMC(1:1)氧化还原电位差最小,电化学可逆性高的事实一致。
电解液组成对LiMn
1.5
Ni0.5O4的正极特性影响很大,为了激发其电极性能,保持电极/电解液界面的稳定性显得十
分重要[13]。
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(上接第11页)
InfluenceofElectrolytesontheElectrochemicalPropertiesofLithiumIonBatteries
ZHANGJun-cai,CHENYou-ning,GENGWei
渔港之夜
(DepartmentofChemistry,XianyangNormalUniversity,Xianyang,Shannxi712000,China)
Abstracts:Electrochemicaltestswereusedtostud
ytheinfluenceofelectrolytesonelectrochemicalpropertiesofLiMn1.5Ni0.5O4foranodematerialsofLithiumIonBatteries.Theresultsindicatedthattheorderofdischargeca-pacityindifferentelectrolyteswasEC+DEC(1:1)>EC+DMC(1:1)>EC+DEC(3:2)>EC+DEC(2:3)>EC+PC(1:1).Therefore,AnexcellentelectrolytewasobtainedforLiMn1.5Ni0.5O4.
Keywords:LithiumIonBatteries;LiMn1.5Ni0.5O4;Electrolytes
NonconformingFiniteElementMethodfortheStationaryNavier-StokesEquations
TIANWei-jun
(DepartmentofMathematics,XianyangNormalUniversity,Xianyang,Shaanxi,712000,China)
Abstract:Bynonconformingfiniteelementmethod,itisdiscussedthestationaryNavier-StokesequationsandprovedtheproblemofstabilityofapproximatesolutionswithnonconformingelementsproposedbyDouglas,whichplaysanimportantroleinrevealingtheruleofchangeofapproximatesolutionsandprovidesanewalgo-rithmforcomputingthestationaryNavier-Stokesequationsnumerically.
Keywords:stationaryN-Sequations,nonconformingfiniteelementmethod;stabilityofapproximatesolu-tions

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