《鋰離子電池低溫電解液套用基礎研究》是依託北京理工大學，由吳伯榮擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：鋰離子電池低溫電解液套用基礎研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：吳伯榮
- 項目類別：聯合基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對明確目標課題（20）鋰離子電池低溫電解液套用基礎研究提出通過量子化學設計計算，重點研究含氟有機鋰鹽、硼酸酯鋰鹽等具有較大半徑陰離子官能團類型、結構對有機鋰鹽電導率等理化和電化學性能指標影響；同時，通過以系列電解質電導率為邊界質量三角形模型建立針對明確目標課題（20）鋰離子電池低溫電解液套用基礎研究，提出從量子化學設計計算入手，重點研究含氟有機鋰鹽、硼酸酯鋰鹽等具有較大半徑陰離子官能團類型、結構對有機鋰鹽電導率等理化和電化學性能指標影響；研究多元有機溶劑熱力學模型，定量估算組元之間的差異和局部互溶區問題，設計計算並試驗研究適合用於低溫工作範圍的多元溶劑及其與電解質在不同溫度下電導率和電化學穩定之間的規律；同時，通過研究建立以系列電解質電導率為邊界質量三並實現對電解液材料電化學規律的計算與預報；以克服兼顧低溫特性和電化學視窗這一研究難點，並通過試驗對比最佳化研究出適合低溫套用電解液。
結題摘要
隨著鋰離子電池的快速發展，鋰離子電池在航空、航天等軍用領域的套用已受到人們的日益廣泛地重視，然而現有鋰離子電池在低溫環境下，其性能將會受到極大影響。鋰離子電池低溫性能不足已成為其套用發展的重要技術瓶頸之一，亟待改進提高。本課題以低溫鋰離子電池性能提高為主要目標，以電解液為主要研究對象，積極開展了鋰離子電池低溫電解液套用基礎研究，以及對LiFePO4、三元、LiCoO2等體系進行匹配研究，其中重點突出了以下三個特色的研究：即在低成本鋰鹽的基礎上得到性能優異的低溫電解液，電解液超低溫和常溫性能兼顧的研究，電解液超低溫性能和寬電化學視窗性能兼顧的研究。本項目採用質量三角形模型對電解液體系的電導率進行計算，最佳化得到在溶劑組成可用區域內電導率最高的溶劑組成點。採用量子化學計算的方法最佳化具有好的低溫性能和寬的電化學視窗的新型鋰鹽。採用交流阻抗譜、循環伏安、XPS、XRD、SEM等測試方法研究不同添加劑與電極的界面相容性，以及添加劑作用機理。本項目得到的公斤級低溫電解液，-40℃電導率達到0.745mS/cm, 用於鈷酸鋰正極材料 -25℃下放電89.6%，-40 ℃下放電80.2%，並且電化學視窗達到5.2V以上。研究結果表明NaCl、FEC、Li2CO3等添加劑對鋰離子電池低溫性能均有明顯改善作用。本工作對低溫電解液進一步最佳化得到了高電壓電解液，用於LiCoO2電極4.5-2.8V充放電循環，使LiCoO2電極容量提高至190mAh/g, 120周循環後的容量保持率在94%以上。本研究成功的提高了鋰離子電池的低溫性能，為設計更加靈活，輕便和適應性強的航天和軍事用設備奠定了基礎。
