Page 177 - 《精细化工》2021年第10期

第 10 期 徐继开，等: 一种能够抑制锂枝晶的锂金属电池电解液润湿性添加剂 ·2107·

表 1 交流阻抗谱图的拟合值 放电倍率性能类似，添加了 TFPMA 电解液因具有
Table 1 Fitted values of the EIS 较好的润湿性而具有稍高的比容量，在 100 圈时还
TFPMA 质量分数/% 0 0.5 1.0 2.0 3.0 保持 99%以上的库仑效率。但同时长循环的比容量
R s/Ω 6.15 2.24 1.94 2.02 2.08
水平受正极材料影响也较大，循环过程中正极 SEI
膜的形成，使正极表面的电阻增大，界面电容减小，
图 7 为添加质量分数 1.0% TFPMA 的 1 mol/L
+
造成活性粒子间的接触电阻及 Li 的迁移电阻增
LiPF 6 /PC 电解液前后在 Li-LiFePO 4 电池中的充放电
大，从而使电池的极化增大，充放电不完全，造成
倍率性能曲线。由图 7 可知，在相同的倍率下，添
容量减小，所以比容量大小不只由电解液来决定。
加了 TFPMA 的电解液的电池比未添加 TFPMA 的电
池具有较高的比容量。比如在 0.1 C 电流密度下，添
加了 TFPMA 的 Li-LiFePO 4 电池比容量可以达到
165 mA·h/g，而未添加 TFPMA 的电池为 150 mA·h/g；
在 5 C 电流密度下，未添加 TFPMA 的电池比容量
为 66 mA·h/g，添加了 TFPMA 的 LiFePO 4 电池比容
量为 80 mA·h/g。不同电解液在 Li-LiFePO 4 电池中
不同倍率下的充放电实验说明，添加 TFPMA 的电
池倍率性能有所提高，这是因为，TFPMA 的加入有
效地降低了电池的内阻，并且改善了电解液在电池

内部的流动，而这可以归因于 TFPMA 对电解液润 图 8 添加 TFPMA 前后的 Li-LiFePO 4 电池在 1 C 电流密
湿性的改善。 度下的循环性能曲线
Fig. 8 Cycle performance of Li-LiFePO 4 cells with or
without TFPMA at a current density of 1 C

从以上的电化学测试中可以发现，TFPMA 的加
入降低了电解液表面张力，提高了电解液的润湿性，
使电池性能提高。
2.3 TFPMA 对锂枝晶的抑制研究
图 9 为 Li-Cu 非对称电池在未添加 TFPMA 的
1 mol/L LiPF 6 /PC电解液和添加了1.0% TFPMA的电解
液中恒电流循环库仑效率。

图 7 添加 TFPMA 前后的 Li-LiFePO 4 电池倍率性能曲线
Fig. 7 Rate capability of Li-LiFePO 4 cells with or without
TFPMA

电解液的循环稳定性是电解液的重要特性，添
加剂的引入不应对电解液的稳定性造成负面影响，
采用恒电流循环来研究添加剂 TFPMA 对电池循环
稳定性的影响。图 8 为 1 mol/L LiPF 6 /PC 电解液添
加 1.0% TFPMA 前后的充放电循环性能曲线。由图

8 可知，在循环初期，两种电解液的 Li-LiFePO 4 电
图 9 添加 TFPMA 前后 Li-Cu 非对称电池恒电流循环的
池有着相似的库仑效率，均在 99.2%左右，随着循
库仑效率
环的进行，在循环 100 圈左右时，未添加 TFPMA Fig. 9 Coulombic efficiency change of Li-Cu asymmetric
的电池体系库仑效率下降至 98%左右，这可能是因 cells during galvanostatic cycling with or without
TFPMA
为锂负极在 PC 电解液体系中存在的副反应较多，
反应活性较为活泼。相比之下，添加了 TFPMA 电 从图 9 可见，Li-Cu 非对称电池在这两种电解
解液的电池库仑效率保持较好，没有发生较大的下 液中的初始库仑效率都约为 75%，而在未添加
降。TFPMA 对电解液循环稳定性没有负面影响，反 TFPMA 的电解液中电池的库仑效率下降非常快，在
而提高了电池的库仑效率。比容量的变化趋势和充 循环 50 圈时便降到了 50%左右；而在添加了 TFPMA