离子液体在锂电池中的应用

《离子液体在锂电池中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、室温熔盐在锂电池和电化学电容器中的应用离子液体(Ionicliquids)也称室温熔融盐,是在室温下完全由阴、阳离子构成的液态有机盐,具有导电性,分解电压大于常规电解质,在较宽的温度范围内不挥发和不易燃。把它作为电池和电化学电容器等的电解质,应用前景较好。目前的应用形式主要为直接用作液态电解质;将其引入聚合物中,复合可得到离子液体聚合物电解质。复合的离子液体聚合物电解质电导率高、力学性能较好,由于没有溶剂挥发和漏液等现象,可以使电池的安全性和稳定性得到提高。离子液体聚合物电解质作为一类新型聚合物电解质，可在染料敏化光电池、燃料电池、双电层电容器

2、、锂聚合物电池等方面得到更广泛的应用。[1]1离子液体在锂离子二次电池中的应用锂离子电池作为二次电池与传统电池相比具有能量密度大、充放电寿命长、无污染、工作电压高等诸多优异性能。其在小型便携式消费电子产品、通信产品、军用产品、航空航天设备、电动车辆等方面都具有广泛的应用。由于电池的电解液多为有机溶液，在使用过程中总有安全性问题存在，特别是作为大功率动力电源使用，更是如此。离子液体用于锂离子电池主要有三个方面：作为液体电解质、离子液体-聚合物电解质和在单体分子中引入离子液体结构。1.1离子液体作为液态电解质早在1994年，Carlin等[2]就将

3、氯铝酸类离子液体用于锂电池研究，研究表明用[EMIm]Cl/AlCl3（氯化1，2—二甲基—3—丙基咪唑）/AlCl3作为二次锂电池的电解质，其中以[DMPIm]AlCl4为电解质，石墨电极为阴阳极的电池开路电压达到3.5V，库仑效率为85%,但电解质不稳定。若将苯磺酰氯作为添加剂加入[EMIm]Cl/AlCl3电解液体系中，有效消除了电解液中的Al2Cl7-，提高了离子液体的化学稳定性和锂电极的可逆性，库仑效率可达90%。由于氯铝酸类离子液体在空气中不稳定，长时间使用时，电解液中所需的锂离子浓度难以保证，限制了氯铝酸类离子液体的使用。非氯铝酸

4、类离子液体用于锂电池的电解质可根据离子液体阴阳离子主要分为两类[3]：（1）含二烷基咪唑阳离子的室温离子液体，其黏度相对较低，电导率较大。但用于锂电池电解液仍然存在一些问题，如在痕量水的存在下易于与锂电极发生反应等。（2）四季铵盐的阳离子和酰亚胺阴离子组成的离子液体。Josip等[4]对含吡唑阳离子的离子液体作为锂离子电池电解液的研究，表明1-乙基-2-甲基吡唑四氟硼酸盐[EMP]BF4能够与锂反应，在锂表面钝化成膜。[EMP]BF4/LiBF4的电化学窗口为4.4V，0.18mol/LLiAsF6/[EMP]BF4电解液体系在Li/LiMn2

5、O4电池中充放电循环效率可达到95%以上。Sakaebe等[5]研究了[EMIm]NTf2、[TMPA]NTf2、[P13]NTf2、[PP13]NTf2等室温离子液体作为锂电池电解质的电池性能。将[PP13]NTf2加入锂盐后，黏度增大，电导率由1.51×10-3S/cm降低到了0.51×10-3S/cm。将[EMIm]NTf2、[TMPA]NTf2、[P13]NTf2、[PP13]NTf2用于电极为Li和LiCoO2的锂电池中，其容量-充放电性能结果表明，[EMIm]NTf2作为电解质时表现出了相对较差的电池性能，其充放电曲线中电压平台为3

6、.9V，放电速率为C/10。在第一次循环中，有超过30%的电池容量损失掉了，而在[TMPA]NTf2中电池容量也损失了25%，而且仅仅几次循环以后，电池就失去了充放电功能。室温下，在[TMPA]NTf2制备几天后，有不明固体从离子液体中析出，说明该离子液体不稳定。以[P13]NTf2、[PP13]NTf2环状季铵盐为阳离子的离子液体表现出了良好的电池性能，在放电倍率为C/10时，具有充足的放电能力。尤其是[PP13]NTf2在第一次循环过程中其不可逆的电池容量几乎可以忽略。[PP13]NTf2锂电池的充放电性能和库仑效率要比[P13]NTf2要

7、好一些，而且虽然在充放电的开始阶段，随着充放电次数增加，电池的容量在逐渐降低，但循环20次后整个电池的容量却趋于稳定。容量的降低可能是由于部分电解质和电极材料的分解造成的，除了初试几次的充放电过程外，整个电池的库仑效率几乎达到了100%，而这也说明[PP13]NTf2电解质是相当稳定的。另一方面，[P13]NTf2锂电池的电池容量随着充放电次数单调的降低，这可能是由于离子液体的分解造成了库仑效率的降低所致。当放电实验完成后，将电池打开暴露于空气中，把电解质靠近火源，没有发现电解质燃烧现象，这说明[PP13]NTf2具有安全可靠的性能。虽然离子液

8、体[EMIm]TSFI用于电极材料为Li和LiCoO2的锂电池中的电池性能较差，但是Garcia等[6-7]将锂盐LiNTf2溶于离子液体[EMI]N