四氟硼酸離子液體的制備及作為鋰離子電池電解液的應(yīng)用.pdf

1、鋰離子電池有如下優(yōu)點：平臺工作電壓相對較高，對環(huán)境友好污染程度低，比能量密度比較高，循環(huán)時間長衰減小等，因此成為目前主流移動設(shè)備的電力來源。但是由于傳統(tǒng)的鋰離子電池采用的電解液一般為有機溶劑，易揮發(fā)，在電池反應(yīng)中吸收能量發(fā)生燃燒，給電池帶來極大的安全隱患。因此，開發(fā)無毒且安全的新型電解液成為電池領(lǐng)域的重點。離子液體是在常溫下即可保持液體狀態(tài)的完全由離子組成的化合物。它有穩(wěn)定較寬的電化學窗口，不揮發(fā)，不易燃，電導(dǎo)率高，有望解決鋰離子電池的

2、安全性問題，成為取代傳統(tǒng)的有機電解液最佳之選。本文合成了兩種離子液體1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽EMIMBF4，1-正丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽BMIMBF4。著重研究了離子液體的物理化學性能，并從離子液體作為鋰離子電池電解液的角度，研究了與三種正極材料鈷酸鋰 LiCoO2、磷酸鐵鋰 LiFePO4、鎳鈷錳三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的相容性。
　　選用N-甲基咪唑為原料，分別采用傳統(tǒng)回流方法和微波合成法合

3、成目標離子液體EMIMBF4、BMIMBF4，比較兩者產(chǎn)率。結(jié)果表明當微波合成法的投料比為C4H9Br：N-甲基咪唑：KBF4=1.0:1.0:1.6、微波功率240 W、反應(yīng)溫度70℃、反應(yīng)時間20 min時，產(chǎn)率最高達到72％，高于傳統(tǒng)法60%的產(chǎn)率。兩者在常溫下都為液態(tài)，黏度分別為51 mm2/s和123 mm2/s，電導(dǎo)率分別為14.0×10-3 S/cm，3.1×10-3 S/cm，熱重測試結(jié)果顯示兩者的熱分解溫度分別為323

4、.7℃和325.7℃，測試EMIMBF4電化學窗口為4.4 V，BMIMBF4的電化學窗口為5.3 V。
　　將鋰鹽LiPF6分別以0.5 mol/L、0.8 mol/L、1.0 mol/L的濃度溶解于EMIMBF4，BMIMBF4中，室溫下0.5 mol/L、0.8 mol/L、1.0 mol/L LiPF6+EMIMBF4的電導(dǎo)率分別為9.2 mS/cm、7.8 mS/cm、5.8 mS/cm。0.5 mol/L、0.8 mo

5、l/L、1.0 mol/L LiPF6+BMIMBF4的電導(dǎo)率分別為2.52 mS/cm、2.09 mS/cm、1.4 mS/cm。
　　用鈷酸鋰為正極材料，鋰片為負極，不同濃度鋰鹽的離子液體加入等體積有機電解液為電解液組裝半電池并對其電化學性能進行測試。有機電解液組分為等濃度LiPF6+碳酸乙烯酯EC和碳酸二乙酯DEC的混合液（體積比1:1）。0.8 mol/L和1.0 mol/L LiPF6+EMIMBF4（EC+DEC）電解

6、液的首次充電容量分別為98.4 mAh·g-1和95 mAh·g-1。高于鋰鹽濃度為0.5 mol/L時的68.1 mAh·g-1。50次循環(huán)后容量保持率分別為110%、96.1%和99.8%。0.8 mol/L LiPF6+BMIMBF4（EC+DEC）電解液首次充電比容量為113 mAh·g-1，放電比容量為98.2 mAh·g-1，庫倫效率為86.9%。循環(huán)50次容量保持率衰減不明顯。綜上實驗，當使用0.8 mol/L LiPF6

7、+BMIMBF4（EC+DEC）離子液體做電解液時，電池的性能最好。
　　以鋰鹽濃度為0.8 mol/L時的離子液體為電解液，研究離子液體電解液與正極材料鈷酸鋰LiCoO2、磷酸鐵鋰LiFePO4、鎳鈷錳三元正極材料LiN i1/3Co1/3Mn1/3O2的相容性。分析每種正極材料在0.1C、0.5C和1C電流密度下的循環(huán)性能。LiCoO2在這三種正極材料中的表現(xiàn)最差，LiFePO4和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在0.1