鋰離子電池用離子液體電解質(zhì)的電化學(xué)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(diǎn)，因此在能源化學(xué)與材料化學(xué)領(lǐng)域中受到人們的普遍關(guān)注，而作為鋰離子電池重要組成部分的電解液，不但在正負(fù)極傳導(dǎo)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。現(xiàn)階段鋰離子電池使用的都是易燃的有機(jī)電解液，這就對電池的安全性能產(chǎn)生了負(fù)面的影響，尤其是近年來，車用動(dòng)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(dǎo)率高、電化學(xué)窗口穩(wěn)定的特點(diǎn)，引起人們的廣泛關(guān)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(xué)性能，并研究了其與鋰離子電池正負(fù)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(xiàn)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(xué)窗口

3、寬（約為5V），并且體系的電導(dǎo)率（約4-5 mScm-1）與傳統(tǒng)的有機(jī)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(dǎo)致了石墨負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)極材料在0.1C倍率下可逆容量約為160mAhg-1，碳負(fù)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(jī)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(jī)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(dǎo)率，并且體系的鋰離子

5、遷移數(shù)達(dá)到了0.61，接近了商用電解液的數(shù)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(jī)電解液和離子液體在1.75V發(fā)生分解形成固體電解質(zhì)膜（SEI膜），降低了有機(jī)電解液在碳負(fù)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(fù)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(shí)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(fù)極材料表面形成穩(wěn)定的SEI膜，提高了碳負(fù)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(jī)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(fù)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(fù)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(zhì)-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(dǎo)率高、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，降低了PEO電解質(zhì)的結(jié)晶度，降低了PEO電解質(zhì)體系的活化能，提高了PEO的電導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性，正極材料LiFePO

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