离子液体基混合锂离子电池电解液的研究

论文摘要

随着当前能源危机的日益严重,锂离子电池由于它绿色环保可循环利用等优点被广泛应用于日常生活的各个领域,尤其是电动汽车等电子动力行业。其中电池电解液作为动力锂离子电池的核心材料之一受到了广泛的关注。然而,目前商业化的锂离子电池电解液由闪电低、易挥发、低沸点的碳酸酯类有机溶剂复配而成,这就使得锂离子电池存在严重的安全隐患和使用温度范围窄的限制。室温离子液体因其低的熔点、高的沸点、难挥发和不可燃等优点使其应用于电解液可以从根本上改善锂离子电池的安全性能。本文主要探讨了 1-乙基-3-甲基咪唑双（三氟甲基磺酰）亚胺（EMIM]TFSI）离子液体和有机液体复合体系共溶剂在锂离子电池电解液中的应用。由于[EMIM]TFSI本身具有较高的黏度严重影响锂离子在电解液及电极材料中的迁移和脱/嵌,从而导致电池容量损失严重。为解决这一问题,我们选择有机液体复合体系EC.DEC作为锂离子电池电解液的共溶剂来降低电解液体系的黏度。通过对电解液体系的物理性能和电化学性能的研究发现,锂离子电池电解液体系0.75 mol/L LiTFSI/[EMIM]TFSI+40 wt.%（EC-DMC）的室温电导率值高达 14.78 mS/cm,随着温度的升高电导率值明显增加,通过稳态电流和交流阻抗相结合的方法可以测得电解液体系的锂离子迁移数为0.72。热重分析实验数据表明电解液体系的热稳定性高,当温度升高到400 ℃时才会被氧化分解,且使用温度范围宽。此外通过可燃性实验发现电解液不可燃,具有更加安全可靠。在0.2 C倍率下Li/LiFePO4半电池经过30次循环充放电后,充放电比容量几乎无衰减并保持155 mAh/g。同时通过对电极材料扫描电镜的分析发现电解液与电极具有好的兼容性和可逆性,易在电极表面形成一层致密均匀的钝化膜。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锂离子电池概述
• 1.2.1 锂离子电池原理及组成
• 1.2.2 锂离子电池正极材料
• 1.2.3 锂离子电池负极材料
• 1.2.4 锂离子电池的隔膜和集流体
• 1.3 锂离子电池电解液
• 1.3.1 有机液体电解液
• 1.3.2 锂盐
• 1.4 离子液体概述
• 1.4.1 离子液体的定义和特点
• 1.4.2 离子液体的结构
• 1.4.3 离子液体的分类
• 1.4.4 离子液体的合成
• 1.5 选题的意义和研究内容
• 第二章 实验材料和测试方法
• 2.1 实验材料和仪器
• 2.1.1 实验原料和药品
• 2.1.2 实验设备
• 2.2. 离子液体的合成
• 2.2.1 1-乙基-3-甲基咪唑溴（[EMIM]Br）的合成:
• 2.2.2 1-乙基-3-甲基咪唑双（三氟甲基磺酰）亚胺[EMIM]TFSI的合成
• 2.3 电极的制备
• 2.4 电解液的制备
• 2.5 电池的组装
• 2.6 物理性能测试和表征
• 2.7 电化学性能测试
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 离子液体基混合电解液的物理性能
• 3.1.1 离子液体基混合电解液的电导率及黏度
• 3.1.2 离子液体基混合电解液的可燃性试验
• 3.1.3 离子液体基混合电解液的热重分析
• 3.2 离子液体基混合电解液的电化学性能
• 3.2.1 循环充放电性能
• 3.2.2 离子液体基混合电解液的锂离子迁移数测试
• 3.2.3 交流阻抗（EIS）测试
• 3.2.4 电极材料的扫描电镜
• 3.2.5 循环伏安测试
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 作者攻读硕士期间发表的论文及成果