试析新型离子液体电解质体系及其在锂二次电池中的应用

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1、上海交通大学硕士学位论文新型离子液体电解质体系及其在锂二次电池中的应用NEWIONICLIQUIDELECTROLYTESANDTHEIRAPPLICATIONSINLITHIUMSECONDARYBATTERY姓名：王继贤专业：化学工程学号：1071109065研究方向：电化学工程导师：杨立教授摘要离子液体具有极低的蒸气压、不易燃、优良的热稳定性及较宽的电化学窗口等优异的电化学性质，并且由于其结构具有可设计性，极有可能成为下一代安全型电解液。当前电子产业、国防事业以及电动汽车领域的发展都对化学电源提出了更高的安全性要求。将离子

2、液体作为一种新型的电解质体系应用在锂二次电池及其他电化学器件中，有望从根本上解决当前电化学器件存在的安全隐患。离子液体电解质体系应用在不同的锂二次电池正极材料体系中，会表现出不同的性能，而且在应用过程中由于自身粘度大等缺点会表现出倍率性能差、容量保持性能不好等缺点。将新型离子液体电解质体系应用于锂二次电池时，首先要探究离子液体电解质体系与正极材料的相容性，发现并改善相容性问题。集流体也是锂二次电池等电化学器件的重要组成部分。探究新型离子液体电解质体系与正极集流体铝箔之间的相容性，也是新型离子液体电解质体系应用研究的主要步骤。论文

3、通过研究铝箔、钽箔、铌箔三种集流体材料在离子液体电解质体系中阳极极化行为，选取铝箔为最终研究对象，探讨铝箔在四氟硼酸盐离子液体BMI-BF4、PP14-BF4和BMI-BF4·PC中的电化学性质，发现铝箔在四氟硼酸盐离子液体中，表面可以形成一层含有AlF3和Al2O3稳定的钝化膜，产生90V+vs.Ag/Ag以上的击穿电压，通过EDX、XPS、SEM等分析方法研究了铝箔在四氟硼酸盐离子液体中的电化学行为过程。目前虽然关于咪唑类离子液体的报道较多，但是在应用上咪唑类离子液体存在着无法与金属锂负极兼容等问题。本实验室近年来针对胍阳离

4、子离子液体在锂二次电池中的应用作了一系列的研究，在此基础上本文合成了一种新型的胍阳离子离子液体1g14TFSI，并详细表征了它的物理化学性质和电化学性质，发现其-1熔点在-60℃以下，常温电导率和粘度分别为1.91mS·cm和80mPa·s。同时，加入锂盐与1g14TFSI离子液体组成电解质体系，并通过一系列电化学方法，研究了电解质体系的物理化学性质，及其在LiCoO2/Li、LiMn2O4/Li和LiFePO4/Li三种电池体系中的匹配性能，并通过加入VC和GBL添加剂、改善离子液体与正极材料浸润性等方式以期改善电池的性能。关

5、键词：锂二次电池，胍阳离子液体，四氟硼酸盐离子液体，正极材料，集流体IABSTRACTWiththeimprovingdemandofhigherpowersystemsforelectricvehicle(EV)andotherlarge-scaleelectrochemicalapplications,Ionicliquids(ILs)electrolyteshaveattractedattentionduetotheiruniqueproperties,suchasnonvolatility,nonflammability

6、,goodthermalandelectrochemicalstabilityandhighionicconductivity.Asagroupofchemicalswhosestructurecanbedesignedbyourneeds,theyareconsideredaspotentialsafeelectrolyte.Besides,cathodematerialsandcollectorsareimportantpartsforlithiumsecondarybatteries.Beforeweapplythesen

7、ewkindofelectrolytesinlithiumsecondarybatteries,wemustinvestigatecompatibilityofthem.Inthiswork,weinvestigatedthepolarizationbehaviorofAl,TaandNbfoilwere-wasinvestigatedinBF4anionbasedILs,BMI-BF4,PP14-BF4andBMI-BF4·PC.UsingSEM,EDXandXPStoanalysethewholepolarizationpr

8、ocess.WefoundthehighbreakdownpotentialpropertiesofAlfoilinBMI-BF4,PP14-BF4andthemixtureofBMI-BF4·PCduringtheanodicpolarizationcanbe