本文關(guān)鍵詞：鋰硫電池用離子液體基功能電解質(zhì)研究

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【摘要】：鋰硫電池具有能量密度高,硫電極材料來源廣泛、價格低廉等優(yōu)勢,是未來20年內(nèi)最具有發(fā)展?jié)摿Φ碾姵啬茉粗�。但�?現(xiàn)階段鋰硫電池仍然存在著飛梭效應、放電產(chǎn)物沉積、鋰枝晶、電解質(zhì)易燃等問題,嚴重影響到鋰硫電池的電化學性能,造成了迅速的容量衰減和安全隱患。為解決上述問題,本論文設(shè)計開發(fā)了離子液體基電解質(zhì)體系,從電解質(zhì)方向著手有效地改善鋰硫電池的電化學性能和安全性能。本論文以雙(三氟甲基磺酸酰)亞胺鋰(LiTFSI)為鋰鹽,采用哌啶、吡咯烷等離子液體與有機醚共溶劑以不同比例混合制備系列新型鋰硫電池電解質(zhì)材料,并且對各電解質(zhì)體系的譜學性質(zhì)、電化學性能、熱學性能以及其在鋰硫電池中的作用機制進行了系統(tǒng)研究,評價出性能良好的鋰硫電池用離子液體基功能電解質(zhì)體系,取得了以下階段性成果和進展:1、離子液體基鋰硫電池電解質(zhì):本文分別采用N-甲基-N-丁基哌啶雙(三氟甲基磺酸基酰亞胺)(PP14TFSI)和N-甲基-N-丙基吡咯雙(三氟甲基磺酸基酰亞胺)(Pyr13TFSI)離子液體作為基質(zhì),以不同比例復合二乙二醇二甲醚(DEGDME)有機共溶劑,合成系列鋰硫電池電解質(zhì)體系。所合成的兩種電解質(zhì)體系都表現(xiàn)出了較高的電導率,在常溫下均可達到鋰硫電池的應用要求。其中,0.5M LiTFSI+Pyr13TFSI/DEGDME(2:1,v:v)電解質(zhì)電導率達到了4.12210-3Scm-1(25℃),鋰離子遷移數(shù)為0.2。此外,兩種離子液體基電解質(zhì)體系都表現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性,熱分解溫度分別為87.3℃、90.4℃,高于鋰硫電池常用DOL/DME電解質(zhì)體系。鋰硫電池電化學循環(huán)測試結(jié)果表明電解質(zhì)體系中PP14TFSI和Pyr13TFSI離子液體與DEGDME體積比為2:1時,電池具有良好的循環(huán)性能和倍率性能。其中,含PP14TFSI電解質(zhì)體系的鋰硫電池在0.1C充放電倍率下首周放電容量達到1042.9mAhg-1,循環(huán)100周后仍然保持在446.5mAhg-1。2、有機醚共溶劑對離子液體基電解質(zhì)體系的影響:以Pyr13TFSI離子液體為基質(zhì),分別匹配鏈狀長度不同的乙二醇二甲醚(DME)、DEGDME、三乙二醇二甲醚(TEGDME)(2:1,v:v)合成鋰硫電池電解質(zhì)體系。熱學測試結(jié)果表明隨著有機醚鏈長度的增加,電解質(zhì)體系熱分解溫度逐漸升高,分別為88.7℃,90.4℃,135.76℃。電解質(zhì)體系的離子電導率也隨著共溶劑醚鏈長度的增加而增加。電池充放電測試結(jié)果顯示,含有LiTFSI-Pyr13TFSI/DME和Li TFSI-Pyr13TFSI/TEGDME電解質(zhì)體系的鋰硫電池具有較好的循環(huán)性能。含TEGDME電解質(zhì)體系的鋰硫電池在0.1C充放電倍率下首周放電容量達到894.4mAhg-1,循環(huán)100周后仍然保持在556.9mAhg-1。以上研究結(jié)果表明,離子液體/有機醚共溶劑電解質(zhì)體系可以作為一種新型電解質(zhì)材料應用于鋰硫電池中。
【關(guān)鍵詞】：鋰硫電池 電解質(zhì) 離子液體 二乙二醇二甲醚 三乙二醇二甲醚
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-12
• 第1章 緒論12-21
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鋰硫電池的基本原理13-15
• 1.3 鋰硫電池面臨的挑戰(zhàn)15-16
• 1.4 鋰硫電池電解質(zhì)16-19
• 1.4.1 液態(tài)有機電解質(zhì)16
• 1.4.2 固態(tài)電解質(zhì)16-17
• 1.4.3 凝膠聚合物電解質(zhì)17-18
• 1.4.4 離子液體電解質(zhì)18-19
• 1.5 研究的背景、思路和主要內(nèi)容19-21
• 1.5.1 研究的背景及思路19-20
• 1.5.2 研究的主要內(nèi)容20-21
• 第2章 實驗藥品、儀器和表征方法21-29
• 2.1 實驗藥品21-22
• 2.2 實驗儀器22
• 2.3 實驗方法22-24
• 2.3.1 電解液的制備22-23
• 2.3.2 電極的制備23-24
• 2.3.3 扣式電池的組裝24
• 2.4 物化性能表征方法24-26
• 2.4.1 可燃性能表征24
• 2.4.2 熱分析測試24-25
• 2.4.3 紅外光譜測試25
• 2.4.4 掃描電子顯微鏡測試25
• 2.4.5 X射線光電子能譜25-26
• 2.5 電化學性能表征方法26-29
• 2.5.1 離子電導率測試26
• 2.5.2 循環(huán)伏安測試26
• 2.5.3 交流阻抗測試26-27
• 2.5.4 穩(wěn)態(tài)極化曲線測試27
• 2.5.5 恒電流充放電測試27-29
• 第3章 離子液體基鋰硫電池電解質(zhì)29-49
• 3.1 譜學性能分析29-30
• 3.2 熱學性能分析30-32
• 3.2.1 可燃性能30-31
• 3.2.2 熱穩(wěn)定性性能31-32
• 3.3 電化學性能分析32-37
• 3.3.1 鋰離子遷移數(shù)32-35
• 3.3.2 電導率35-37
• 3.4 兩種離子液體基電解質(zhì)體系的電化學行為37-47
• 3.4.1 循環(huán)伏安曲線37-38
• 3.4.2 首周充放電測試38-40
• 3.4.3 充放電循環(huán)性能40-42
• 3.4.4 倍率性能42-43
• 3.4.5 電池阻抗譜圖43-45
• 3.4.6 掃描電鏡及XPS分析45-47
• 3.5 本章小結(jié)47-49
• 第4章 有機醚共溶劑對離子液體基電解質(zhì)體系的影響49-57
• 4.1 熱穩(wěn)定性49-50
• 4.2 電導率50-52
• 4.3 鋰離子遷移數(shù)52-53
• 4.4 循環(huán)伏安53-54
• 4.5 充放電循環(huán)54-55
• 4.6 交流阻抗及掃描電鏡比較55-56
• 4.7 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-59
• 參考文獻59-67
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文與研究成果清單67-68
• 致謝68

【共引文獻】

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本文編號：1136256