離子液體的制備及其在鋰二次電池和緩蝕劑方面的應(yīng)用研究.pdf

1、作為一種新型“綠色溶劑”、“軟”功能材料，離子液體與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑相比，具有蒸氣壓低、熱穩(wěn)定安全性好、環(huán)境友好、可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，應(yīng)用到鋰離子二次電池作為電解液有望解決其高溫安全性問題，但純離子液體存在粘度大，還原電位高，對(duì)負(fù)極材料穩(wěn)定性差等不足，使得離子液體用于鋰離子電池還需做大量的基礎(chǔ)性研究。另一方面，離子液體作為緩蝕劑性能研究較少，而研究離子液體的緩蝕性能可擴(kuò)展其作為工業(yè)緩蝕劑應(yīng)用領(lǐng)域。本文圍繞如何解決咪唑離子液體在鋰離子二次電池應(yīng)

2、用中粘度和還原電位都高的問題，以及探討苯并三氮唑類離子液體的緩蝕性能做了以下工作:
　　為降低1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸(BMIMBF4)離子液體電解液的粘度，采用低粘度γ-丁內(nèi)酯(GBL)有機(jī)稀釋劑，系統(tǒng)地研究了加鋰鹽和不加鋰鹽時(shí)GBL與純BMIMBF4二元混合體系的粘度和離子電導(dǎo)率，通過測(cè)定電導(dǎo)率確定二元混合溶劑的最佳體積比。結(jié)果表明:添加鋰鹽的混合溶劑的電導(dǎo)率最大時(shí)對(duì)應(yīng)的BMIMBF4/GBL體積比為30∶70，溫度對(duì)四

3、種含BMIMBF4電解液的電導(dǎo)率影響大小順序?yàn)?BMIMBF4+1mol·L-1LiODFB＞BMIMBF4+1mol·L-1LiBF4＞BMIMBF4/GBL(30∶70)+1 mol·L-1LiODFB＞BMIMBF4/GBL(30∶70)+1mol·L-1LiBF4。
　　采用鋰鹽二氟草酸硼酸鋰(LiODFB)、成膜添加劑碳酸亞乙烯酯(VC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)等措施來改善含BMIMBF4電解液對(duì)鋰電極的穩(wěn)定性。線性掃

4、描、電化學(xué)交流阻抗譜、循環(huán)伏安和充放電性能等測(cè)試結(jié)果表明:LiODFB鹽、VC和FEC兩種添加劑都能提高BMIMBF4電解液對(duì)Li金屬穩(wěn)定性。LiFePO4/Li在BMIMBF4/GBL(30∶70)+1mol·L-1LiODFB電解液充放電性能最好，0.1C倍率充放電下，室溫時(shí)LiFePO4初始放電容量是138.8mAh·g-1，第20次循環(huán)放電容量138.3mAh·g-1;60℃下則分別為149mAh·g-1和161.1mAh·g-

5、1。在LiBF4基BMIMBF4/GBL電解液中，添加VC的LiFePO4/Li電池循環(huán)性能比含F(xiàn)EC的電池好。0.1C下，室溫時(shí)，添加VC的LiBF4基BMIMBF4/GBL電解液的LiFePO4/Li電池首次放電容量為123.1mAh·g-1，第20次放電容量為129.1mAh·g-1;在60℃下則分別為150.5mAh·g-1和143.2 mAh·g-1。
　　采用電化學(xué)交流阻抗譜、動(dòng)電勢(shì)掃描極化曲線和失重法等三種方法首次探

6、討了溴化苯并三氮唑離子液體的緩蝕性能。結(jié)果表明:溴化1，3-二乙基苯并三氮唑(C2BtEtBr)、溴化1-丁基-3-乙基苯并三氮唑(C4BtEtBr)和溴化1，3-二丁基苯并三氮唑(C4BtBuBr)等三種苯并三氮唑離子液體對(duì)15Mn鋼在5％鹽酸介質(zhì)中都有緩蝕作用，其緩蝕效率隨離子液體的濃度增加而增大，隨溫度的升高而降低。當(dāng)離子液體的濃度為20 mmol·L-1時(shí)，緩蝕效率都大于83％。相同條件下緩蝕效率大小順序是C4BtBuBr＞C4

7、BtEtBr＞C2BtEtBr。三種溴化1，3-二烷基苯并三氮唑都是混合型抑制劑，303 K下在15Mn鋼表面吸附遵循Langmuir等溫吸附。熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算表明:添加此類離子液體的表觀活化能(Ea)和活化焓(△H)都比無離子液體的體系高，其值都隨離子液體濃度的增加而增大，表明離子液體的存在使得鹽酸介質(zhì)對(duì)15Mn鋼的腐蝕需要克服更高的能壘，而體系的活化熵(△S)數(shù)值向正值變化，表明15Mn鋼在酸性溶液中的析氫反應(yīng)是無序到有序的過程。體系