鋰離子電池用離子液體型電解質(zhì)的制備及其性能研究.pdf

1、鋰離子電池以其工作電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長、污染小等優(yōu)點(diǎn)，成為電動車(electric vehicle，EV)和混合電動車(hybrid electric vehicle，HEV)的主流動力電源之一。但是鋰離子電池電解液中的有機(jī)溶劑有毒易揮發(fā)、燃點(diǎn)低，并參與電池內(nèi)部的熱分解反應(yīng)，給電池的安全帶來隱患。因此，安全無毒的新型電解液體系亟待開發(fā)。離子液體以其無揮發(fā)性、不可燃、電導(dǎo)率高、電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬等優(yōu)點(diǎn)，有望取代傳統(tǒng)的有機(jī)電解液，以解

2、決鋰離子電池的安全性問題。本文從離子液體的物理化學(xué)性能及其與電極材料的相容性等方面研究了一系列含離子液體的鋰離子電池電解質(zhì)。
　　選擇離子液體為1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸(BMIBF4)、1-甲基-3-丁基咪唑二(三氟甲基磺酰)亞胺(BMITFSI)、1-甲基-3-乙基咪唑二(三氟甲基磺酰)亞胺(EMITFSI)與高氯酸鋰(LiClO4)、六氟磷酸鋰(LiPF6)、二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰(LiTFSI)等鋰鹽搭配制備了9種不

3、同成分的二元離子液體電解液，研究了其與正極材料 LiCoO2、LiFePO4，負(fù)極材料 Li4Ti5O12、石墨(MAGD)的相容性。結(jié)果表明，0.8mol·L-1LiTFSI溶于EMITFSI得到的離子液體電解液，其電化學(xué)性能最優(yōu)：室溫離子電導(dǎo)率為5.6×10-3S·cm-1、電化學(xué)穩(wěn)定窗口為4.70V、鋰離子遷移數(shù)為0.79，上述離子液體電解液與正極材料 LiFePO4、負(fù)極材料Li4Ti5O12相容性較好。
　　添加劑碳酸亞

4、乙烯酯(VC)的存在改善了0.8mol·L-1LiTFSI+EMITFSI二元離子液體電解液與正極材料 LiCoO2的相容性。采用SEM、EIS、XPS、FT-IR等測試方法對 LiCoO2電極和離子液體電解質(zhì)之間的界面情況進(jìn)行了表征，分析了添加劑 VC對“Li/LiCoO2”半電池循環(huán)性能改善的作用機(jī)理。結(jié)果顯示，添加劑 VC的加入改善了電荷在 LiCoO2電極/電解質(zhì)界面的傳遞，促進(jìn)了陰離子TFSI-在電極表面的吸附和氧化分解的發(fā)生

5、，分解產(chǎn)物為 LiF、Li2CO3、Li2O，這些分解產(chǎn)物成為LiCoO2電極表面膜的主要成分。
　　采用溶液澆注法，以聚合物基體聚偏氟乙烯-六氟丙烯[P(VdF-HFP)]、離子液體EMIPF6、鋰鹽LiPF6為主要成分，小分子溶劑EC、PC為添加劑，制備了離子液體凝膠聚合物電解質(zhì)膜(ILGPE)。研究了ILGPE的導(dǎo)電機(jī)理以及ILGPE與正極材料LiFePO4、負(fù)極材料Li4Ti5O12的相容性。研究結(jié)果表明，離子液體凝膠聚合

6、物電解質(zhì)的導(dǎo)電行為符合Arrhenius方程，說明聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率主要依靠自由離子的遷移而產(chǎn)生。正極材料LiFePO4、負(fù)極材料Li4Ti5O12在上述ILGPE中均表現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)性能和倍率性能。
　　由于，制備了P(VdF-HFP)-EMITFSI-LiTFSI三元離子液體凝膠聚合物電解質(zhì)，其兼具聚合物電解質(zhì)與離子液體的優(yōu)點(diǎn)并有望消除鋰離子電池的安全隱患。結(jié)果顯示，P(VdF-HFP)-EMITFSI-LiTFSI三元IL