鋰離子電池用離子液體電解質的電化學性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于具有高電壓、高能量密度、無污染和長循環(huán)壽命的特點，因此在能源化學與材料化學領域中受到人們的普遍關注，而作為鋰離子電池重要組成部分的電解液，不但在正負極傳導和輸送電流方面起著非常重要的作用，而且在很大程度上影響電池的可逆容量、安全性、循環(huán)壽命等?，F階段鋰離子電池使用的都是易燃的有機電解液，這就對電池的安全性能產生了負面的影響，尤其是近年來，車用動力電池的發(fā)展對鋰離子電池的電解液提出了更高的安全要求。離子液體作為一種新型的電解

2、液溶劑，由于其不易揮發(fā)、不易燃、電導率高、電化學窗口穩(wěn)定的特點，引起人們的廣泛關注。本文采用六元環(huán)哌啶型離子液體-N-甲基-N-丙基哌啶雙三氟甲基磺酰胺（PP13TFSI）為研究對象，研究了離子液體作為電解液的物理及電化學性能，并研究了其與鋰離子電池正負極材料的相容性。
　　研究了哌啶型離子液體與咪唑型離子液體共混體系電解液的性能，共混體系電解液表現了良好的熱穩(wěn)定性，不同比例混合的離子液體電解液熱分解溫度都高于350℃，電化學窗口

3、寬（約為5V），并且體系的電導率（約4-5 mScm-1）與傳統(tǒng)的有機電解液相接近，但由于咪唑型離子液體自身的還原電位高（1V vs.Li/Li+）,導致了石墨負極材料在該體系中的循環(huán)性能較差（可逆容量小于10mAh g-1）。離子液體在碳負極材料表面發(fā)生分解和共嵌入，無法形成穩(wěn)定的SEI膜是其性能下降的主要原因。適量的哌啶型離子液體PP13TFSI添加，抑制了咪唑型離子液體在負極表面的分解，電極材料在共混電解液體系中都獲得了較好的可逆

4、容量，正極LiFePO4在0.1C倍率下可逆容量約為120mAh g-1、Li4Ti5O12負極材料在0.1C倍率下可逆容量約為160mAhg-1，碳負極材料在0.05C倍率下可逆容量約為240mAhg-1。
　　制備了哌啶型離子液體與傳統(tǒng)有機電解液共混體系電解液，并研究了2wt％雙草酸硼酸鋰（LiBOB）作為成膜添加劑，對共混型電解液性能的影響。有機電解液的加入，降低了離子液體體系的黏度和提高了離子液體的電導率，并且體系的鋰離子

5、遷移數達到了0.61，接近了商用電解液的數值，而電池的熱穩(wěn)定性和安全性沒有明顯的變化。由于LiBOB在首次嵌鋰過程中優(yōu)先于有機電解液和離子液體在1.75V發(fā)生分解形成固體電解質膜（SEI膜），降低了有機電解液在碳負極表面的分解和離子液體陽離子在電極表面的共嵌入，提高了碳負極材料在該體系電解液中可逆容量和倍率性能：0.1C充放電速率下的可逆容量約為257mAh g-1，0.3C充放電速率下的可逆容量約為200mAh g-1。同時考察了5v

6、ol%碳酸亞乙烯酯（VC）做為添加劑對共混電解液體系性能的影響，VC在碳負極材料表面形成穩(wěn)定的SEI膜，提高了碳負極材料在體系中的循環(huán)性能，但由于VC在首次充放電過程中的大量分解，造成電池的首次不可逆容量較大和庫倫效率較低。
　　研究了LiBOB-VC二元添加劑對離子液體-有機電解液共混體系性能的影響，相比與單一VC添加劑體系，二元添加劑對碳負極材料在共混體系電解液的室溫和高溫的循環(huán)性能都得到了明顯的改善，碳負極材料在0.1C充放

7、電速率的可逆容量分別為：室溫為300mAh g-1和55℃為280mAh g-1，并且正極磷酸鐵鋰(LiFePO4)在含二元添加劑共混體系中的可逆容量和循環(huán)性能都得到了改善。
　　為了提高全固態(tài)電解質-聚氧化乙烯（PEO）的性能，而又不降低其安全性，采用離子液體作為改性添加劑。離子液體由于自身電導率高、熱穩(wěn)定性好的特點，降低了PEO電解質的結晶度，降低了PEO電解質體系的活化能，提高了PEO的電導率和熱穩(wěn)定性，正極材料LiFePO

8、4、負極材料Li4Ti5O12在這種復合電解質中分別獲得了接近120mAh g-1和140mAh g-1可逆容量。進一步研究了功能化的離子液體對聚合物電解質性能的影響，這種功能化的離子液體具有更寬的電化學窗口（還原電位為0V vs.Li/Li+,其氧化電位達到5.4V vs.Li/Li+），正極材料LiFePO4在功能化離子液體-PEO復合電解質體系中的可逆容量達到了125mAhg-1,負極材料Li4Ti5O12在體系中的可逆容量的達到