B04-一种新型有机硅过充添加剂的研究

130一种新型有机硅过充添加剂的研究摘要：在循环伏安扫描过程中，加入2%的乙烯基三乙氧基硅烷（CH2=CHSi(OC2H5)3）的电解液，在5V左右出现氧化峰。在过充实验中，不含乙烯基三乙氧基硅的电解液，电池在过充时，电压会升高到10V，随后电池发生爆炸；而使用含硅烷电解液的电池，过充到5.29V后，电压开始回落，当电压回落到5.1V时，充电电流降到接近0V，电池没有爆炸。使用加入乙烯基三乙氧基硅烷的电解液，电池的循环性与未加硅烷的基本相当。关键词：锂离子电池；有机硅；添加剂；过充TheresearchonanorganicSioverchargeadditivefornon-aqueouselectrolyteAbstract：IntheCVcurveof2%vinyltriethoxysilaneelectrolyte,oneoxidativepeakat5Vcanbeobserved.Intheprocessofovercharge,thebatterywithLB-315electrolytewaschargedto10Vandexploded,whilethebatterywithLB-315+2%vinyltriethoxysilanewaschargedto5.29V,thevoltagebegantoreduce,andwhenthevoltagedroppedbackto5.1V,thechargecurrentfelltonear0V.Intheprocessofovercharge,thebatterydidn'texplode.Thebatterieswith2%vinyltriethoxysilaneelectrolyteexhibitedalmostthesamecycleabilitywithLB-315electrolyte.Keywords:Lithiumionbatteries;organicSi;additive;overcharge1引言目前商业化锂离子电池仍以液体电解质为主，它的组成导致使用过程中出现诸多问题。首先，由于其溶剂组分是由易燃易爆的碳酸酯组成，当电池在过充电、过放、或者一些极端的使用情况下容易产生安全隐患，发生起火或者爆炸事件。本文选用乙烯基三乙氧基硅烷作为添加剂，主要是从以下几方面进行考虑：一方面，乙烯基三乙氧基硅烷具有双键，在充电过程中可能会在锂离子电池的负极表面还原形成SEI，提高电池的电化学性能；另一方面，想了解该有机硅对电池的安全性是否有一定的改善。2实验实验用为公司自制的乙烯基三乙氧基硅烷（CH2=CHSi(OC2H5)3），纯度为99.9%，为了后面书写方便，用代号Y表示。实验中选用两种电解液，一种为国泰华荣的商品化的LB-315作为基础电解液，LB-315+2%Y作为研究对象电解液。将两种电解液配好后，用上海辰华的CHI660电化学工作站进行循环伏安扫描，采用三电极体系，工作电池和对电极选用Pt电极，参比电极为金属Li，扫速为5mV/S。电池选用350mAh钴酸锂软包电池，电池化成、循环和过充实验采用深圳新威尔充放电测试仪。3结果与讨论图1为LB-315、LB-315+2%Y的循环伏安曲线。相比于基础电解液LB-315，加入Y的电解液更容易氧化，在5V左右就开始出现氧化峰。0123456-0.000050.000000.000050.000100.000150.00020—1—LB-315—2—LB-315+2%Ycurrent/Avoltage/V21-2000200400600800100012001400160045678910time/svoltage/V0.00.20.40.60.81.01.2—1—时间—电压—2—时间—电流current/A21图1LB-315、LB-315+2%Y的循环伏安曲线图2LB-315的过充电压电流曲线图2和图3分别是用LB-315和LB-315+2%Y电解液的电池做过充实验时所得的时间-电压曲线和时间-电流曲线。从图中可以看出，使用LB-315的电池过充时，电压会升高到10V，随后电池发生爆炸。而使用LB-315+2%Y的电池过充时，过充到5.29V后，电压开始回落；当电压回落到5.1V时，充电电流降到接近0V。从图4可以看出，加LB-315+2%Y电池的温度也逐渐降低，直至最后降到室温，整个过程电池只是有些膨胀而不会发生爆炸。13105001000150020004567891011—1—时间-电压—2—时间-电流time/svoltage/V0.00.20.40.60.81.01.2current/A21-200020040060080010001200140016001800102030405060708090—1—LB-315—2—LB-315+2%Ytemperature/℃time/s12图3LB-315+2%Y过充时间-电压电流曲线图4LB-315、LB-315+2%Y过充时间-温度曲线图5为LB-315、LB-315+2%Y常温循环曲线，从常温循环性看，加入硅烷作添加剂后，电池的放电容量稍有降低，常温循环性与LB-315基本相当。0510152025303540300320340360380dischargecapacity/mAhcyclenumber—1—LB-315—2—LB-315+2%Y12图5LB-315、LB-315+2%Y电池的常温循环曲线参考文献：略