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离子液体电解质的制备及其在锂离子电池中的性质研究认领

被引量： 3

作者：

王振峰

学位授予单位：

深圳大学

摘要：

锂离子电池具有高比功率、高比能量等优点,广泛应用于移动电话、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备上,被公认为下一代电动汽车(Electric Vehicle,EV)和混合电动车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)最有前景的动力电源。由于商用的有机电解质具有易燃性、热稳定性低、蒸汽压高等安全问题,限制了锂离子电池的发展;开发新型的安全性电解质体系,解决商用锂离子电池安全性是至关重要的问题。离子液体(ionic liquid,IL)因具有宽的液程、电化学稳定窗口、低的蒸汽压和不易燃等优点,有望取代传统的有机电解质,解决锂离子电池的安全性问题。本文合成离子液体N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲烷磺酰)亚胺(N-methyl-N-propylpiperidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide,PP13TFSI)、N-甲基-N-丙基吡咯烷双(三氟甲烷磺酰)亚胺(N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis(tri?uoromethanesulfonyl)imide,PYR13TFSI)和1,2-二甲基-3-乙基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺(1,2-dimethyl-3-ethylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide,DMEITFSI),与有机溶剂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(Lithium bis(trifluoromethanesulphoyl)imide,Li TFSI)和二氟草酸硼酸锂(Lithium difluoro(oxalate)borate,Li DFOB)混合制备成复合电解质,并采用循环伏安测试(Cyclic Voltammetry,CV)、交流阻抗(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)和充放电测试研究了锂离子电池材料Li Mn1/3Ni1/3Co1/3O2及石墨等在此电解质中的性能。结果表明离子液体电解质具有高的热稳定性,低的黏度和宽的电化学稳定窗口(大于5.5V)。复合电解质中含有适量的有机助剂(<30 vol%)时,电解质不燃且体系中离子液体能有效抑制有机溶剂的挥发,表现出优异的安全性能。在25℃,2.75-4.5电压区间,半电池Li/Li Mn1/3Ni1/3Co1/3O2于70 vol%DMEITFSI离子液体电解质中0.1C倍率下的放电比容量为184.9 m Ah/g,1C倍率下充放电循环150圈后,放电比容量达到132.6 m Ah/g以上;而石墨负极在0.01-2 V电压区间、0.1C倍率下充放电循环30圈也表现出较高的可逆比容量(332.8 m Ah/g)和接近100%的库伦效率,循环性能与商用电解质非常接近。此外新型离子液体电解质具有高的安全性,在高温下与Li Co1/3Ni1/3Mn1/3O2电极的相容性良好。80℃高温下,半电池Li/Li Mn1/3Ni1/3Co1/3O2于90 vol%IL离子液体电解质中1C倍率充放电条件下的放电比容量为177.2 m Ah/g,容量保持为98.1%。同时,半电池Li/C应用于70 vol%IL离子液体电解质中1C充放电循环20圈后,充电比容量在377.1 m Ah/g。添加适量的哌啶型离子液体PP13TFSI,抑制了吡咯烷型离子液体(PYR13TFSI)在电极表面分解,电极材料在双组分电解质体系中都获得了较好的可逆容量,正极Li Co1/3Ni1/3Mn1/3O2在0.1C倍率下首次放电比容量约为154.5 m Ah/g,库伦效率为85.5%。CV和扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)证明Li DFOB添加剂的加入,有助于在电极表面形成稳定的固体电解质界面膜(Stable solid Electrolyte Interphase,SEI),阻止DMEI+、PYR13+离子的在电极表面发生分解或共嵌入于电极层中。

摘要译文

关键词：

锂离子电池; 电解质; 离子液体; 有机溶剂; 锂盐

学位年度：

2015

学位类型：

硕士

学科专业：

化学

导师：

李翠华

中图分类号：

TM912[蓄电池⑨]

学科分类号：

080709[储能科学与工程];080809[新能源发电与电能存储]