锂离子电池不燃电解液如何设计性能更好？( 二 ) 碳酸脂类电解液具有较宽的电

下图中作者对采用几种电解液的电池的循环性能进行了测试，从下图能够看到LB301电解液在循环200次后容量保持率约为91% ，加入30%的TFP后容量保持率降低到了42.7% ，这表明TFP会对碳酸脂类电解液的循环稳定性产生不利影响。而LiPF6-GBL电解液在循环100次后就降低到了30% ，加入30%TFP后循环稳定性进一步降低，而添加3%LiDFOB后，电池的循环稳定性得到了显著的提升，已经接近碳酸酯类电解液。
下图b中作者测试了采用LB301电解液和LiPF6-GBL/TFP(70:30)+3wt%LiDFOB电解液的电池在60℃下的循环稳定性，从图中能够看到LB301电解液开始的时候库伦效率较低，在前20次循环中库伦效率缓慢升高，但是电池的容量衰降比较快，在100次循环后容量保持率仅为71.3% ，表明高温下电池内部会发生大量的界面副反应。而LiPF6-GBL/TFP(70:30)+3wt%LiDFOB电解液则具有更为稳定的库伦效率， 100次循环后容量保持率也更高（82.5%），这主要是因为LiDFOB能够形成更为稳定的SEI膜，从而减少了界面副反应。

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为了分析两种电解液在电极表面的反应，作者采用XPS对正负极的表面产物进行了分析。下图为正极的分析结果，从C1s谱上可以看到新鲜的正极主要由三个特征峰，分别是284.8eV的C-C键（主要来自炭黑）、285.4eV的CH2和291eV的CF2（主要来自PVDF粘结剂），在O1s谱中主要是529.7eV的M-O键（来自正极材料），在F1s谱中，在687.9eV的CF2峰（主要来自PVDF）。在经过化成后，正极表面的成分就出现了变化，这表明电解液在正极表面发生了分解，在LB301电解液中，能够观察到正极表面生成了Li2CO3、LixPOyFz、LiF ，在加入30%TFP后能够观察到TFP分解产物中的CF3键，在LiPF6/GBL电解液中没有观察到Li2CO3 ，但M-O键消失，这表明正极材料表面被大量的电解液分解产物所覆盖。在LiPF6/GBL中添加30%的TFP后除了上述的现象外，我们还观察到了TFP分解产物中的CF3键，而继续加入3%的LiDFOB后，我们在O1s谱中重新观测到了M-O键，这表明LiDFOB能够在正极材料表面生成了较为稳定的界面膜，从而抑制了电解液的持续分解。

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下图为负极的XPS分析结果，在C1s谱中284.8、285.2、286.2、288.3eV对应的分别为C-C键（主要来自石墨）、C-H键（主要来自SBR）、C-O键和C=O键（主要来自CMC），在化成后负极表面生成了Li2CO3、LiF、LixPOyFz分解产物，加入30%的TFP后同样能够观察到分解产物中的CF3键。 LiPF6/GBL电解液中形成的负极界面膜与LB301基本相同，在添加30%TFP后能够看到CF3键的峰，在加入3%的LiDFOB后CF3的峰强度显著降低，这表明LiDFOB同样能够在负极表面形成良好的界面膜，抑制电解液在负极表面的持续分解。

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下图中作者对比了两种电解液的低温性能，可以看到LiPF6-GBL/TFP(70:30)+3wt%LiDFOB电解液在-30℃仍然能够发挥出110mAh/g（0.1C），在-40℃下仍然能够工作，而LB301电解液在-30℃下进能够发挥出20mAh/g的容量，在-40℃下已经无法工作。

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YixuanGu研究表明通过将阻燃剂TFP与高沸点、低熔点的GBL溶剂配合使用，能够显著的提升电解液的阻燃特性，提升电解液的安全性，通过添加LiDFOB能够在正负极表面形成更为稳定的界面膜，从而在保持阻燃的特性的同时获得良好的循环稳定性。
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