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适用于锂离子电池的新型离子液体电解液的研究

作　者: 孙珊珊
导　师: 安茂忠
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 锂离子电池电解液离子液体循环性能
分类号: TM912.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 242次
引　用: 2次
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内容摘要

离子液体具有不可燃、蒸汽压低、电化学窗口宽、电导率高、无污染等优势,有望取代传统有机电解液,解决锂离子电池安全性问题。通过对离子液体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）亚胺（BMI-TFSI）、以及1-甲基-3-乙基咪唑二（三氟甲基磺酰）亚胺（EMI-TFSI）的密度、熔点、黏度、电化学窗口、电导率等性质进行对比,优选出EMI-TFSI+Li-TFSI作为锂离子电池电解液,并运用循环伏安测试（CV）、充放电测试研究了锂离子电池材料LiCoO₂、LiFePO₄、Li₄Ti₅O₁₂及石墨（MAGD）等在该电解液中的性能。BMIBF4黏度较高（165mPa·s）,电导率适中(3.94×10^-3S·cm^-1),电化学窗口较窄（3.7V）,BMI-TFSI和EMI-TFSI黏度较小（分别为45mPa·s和26mPa·s）,电导率分别为4.02×10^-3S·cm^-1和8.00×10-3S·cm-1,电化学窗口较宽（分别为4.6V和4.8V）,通过对几种离子液体各项性能的综合对比,确认EMI-TFSI+Li-TFSI适合做锂离子电池的电解液。正极LiCoO₂在EMI-TFSI+0.8mol/L Li-TFSI电解液中0.1C倍率下首次放电比容量为112.2mAh·g^-1,库仑效率为93.4%,经过20次循环后,衰减程度达25.1%,且倍率性能不佳;LiFePO₄在该电解液中的首次放电平台在3.5V左右,0.1C倍率下放电比容量能保持在145mAh·g-1且无衰减,但首次充放电库仑效率较低,仅为60%。负极Li₄Ti₅O₁₂在EMI-TFSI+0.8mol/L Li-TFSI电解液中具有优异的循环性能,充放电平台在1.5V,0.1C倍率首次充电比容量为170mAh·g-1,经过20次循环后无衰减;0.2C和0.5C倍率下循环有衰减现象。石墨（MAGD）由于嵌脱锂电位较低,离子液体在石墨负极（MAGD）上会发生分解,导致充放电循环时无容量。在电解液EMI-TFSI+0.8mol/L Li-TFSI中添加质量分数为5%的碳酸亚乙烯酯（VC）后,LiCoO₂正极在该电解液中的放电比容量及循环稳定性得以提高,半电池循环20次后容量仍保持在135mAh·g^-1无衰减。SEM测试表明,LiCoO₂/离子液体电解液界面生成了一层表面膜,结合电化学阻抗谱（EIS）、X-射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外反射光谱（FT-IR）等的分析表明,该表面膜含有LiF、Li₂CO₃、S-O、S=O等成分及官能团结构。该表面膜是LiCoO₂正极在离子液体电解液EMI-TFSI+0.8mol/L Li-TFSI+5mass%VC中性能得以改善的主要原因。

适用于锂离子电池的新型离子液体电解液的研究

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