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1、第32卷第4期河南师范大学学报!自然科学版"VOl.32NO.42004年11月JOurnalOf~enanNOrmalUniuersit$!NaturalScience"NOu.2004文章编号!1000-2367<2004>04-0155-01室温离子液体用作锂离子电池电解液时的电性质*郑洪河#高书燕#赵扬#张虎成#王键吉<河南师范大学化学与环境科学学院,河南新乡453007>关键词!锂离子电池~室温离子液体~LiCOO2~交流阻抗中图分类号!TM919.2文献标识码!A室温离子液体具有液程宽.热稳定性好.不可燃.无蒸气压.导电性好.易回收等突出的优点
2、[1],用于锂离子电池可以很好地解决电池在高能量密度下的安全性问题,使锂离子电池在电动车或其它大型动力系统中的应用成为可能.本文研究了LiCOO2电极在1mOl/LLiTFSI/TM~ATFSI离子液体电解液中的电化学行为,探讨了温度和电流密度对电极电化学性能的影响,测定了锂离子通过电极和电解液相界面的迁移活化能,解释了影响LiCOO2电极性能的内在原因.1实验部分等摩尔的溴化三甲基己基亚胺和二<三甲基>磺酰亚胺锂LiTFSI的水溶液在70条件下充分反应后,使用C~2Cl2进行抽提,并用二次水充分洗涤,除取残留的LiBr,最后,真空旋转蒸发和真空干燥除
3、去残留的C~2Cl2和痕量水,得到纯净TM~ATFSI离子液体.循环伏安方法测定离子液体在不同材料表面的电化学窗口,模拟电池测定LiCOO2电极在其中的电化学性能.电化学阻抗分析的测试频率范围为100k~Z10m~Z.2结果与讨论TM~ATFSI的电化学稳定性在很大程度上取决于电极材料的种类.不同电极表面的还原顺序=乙炔黑>Ni>Cu>Al~硬碳~在不同电极表面的氧化顺序为=Cu>乙炔黑>Ni>Al~硬碳.电化学稳定性随着温度的升高而迅速减弱.充放电实验结果表明,LiCOO2可以在TM~ATFSI的电解液中进行有效的电化学循环,与LiCOO2在传统有机电解液中的电化学
4、行为相似,充放电电位平台在4V左右,电极首次放电容量为122.8mAh/g,库仑效率92.7".这一结果与最近[2]等报道的LiCOO在哌啶类离子液体电解液中的测试结果近似.值得注意的是,LiCOO在离子液体电解液中的库仑Sakabe22效率的变化情况与在传统有机电解液中的情况截然不同,由此证实LiCOO2电极在离子液体电解液中的首次循环过程中没有形成有效的SeI膜,说明LiCOO2电极在离子液体和传统有机溶剂两种不同种类的电解液体系中嵌脱锂机制不同.升高温度可以有效地降低离子液体的粘度,减小锂离子迁移阻力,改善电解液与电极的浸润性,但高温条件下电极界面副反应的增加同
5、时对电极性能造成破坏,这里得到电极的首次放电容量在35时达到最大值<122.8mAh/g>.锂离子通过LiCOO2电极和离子液体电解液相界面迁移过程的活化能可以利用电荷迁移电阻的倒数与温度间的Arrhen-nius关系求算出来.电荷迁移电阻倒数与温度的倒数之间显然具有阿仑尼乌斯线性关系.由直线的斜率求得电荷迁移的活化能为602kJ/mOl,这一数值明显高于文献报道的LiCOO电极和LiFePO[3]电极在传统有机电解液中的活化能<分别为2424kJ/mOl和15kJ/mOl>.表明锂离子在电极与电解液相界面的迁移存在明显的障碍,这一能垒制约着锂离子通过电极/电解液的界
6、面向电极或向电解液的迁移速率,从而影响电化学嵌脱锂的顺利进行.在LiCOO2电极与离子液体电解液的相界面,一方面电解液和电极的浸润性差.电解液粘度高,另一方面,在电解液中裸露的Li+容易与TFSI-形成紧密接触离子对,抵抗电场的影响,所有这些因素都在不同程度上影响Li+的迁移速率.由此可知,高界面阻抗是影响离子液体用作锂离子电池电解液时电化学性能的重要原因.参考文献[1]BlanchardLA,~ancuD,BeckmaneJ,etal.GreenprOcessingusingiOnOsliCuidsandCO2[J].Nature,1999,99=28.[2]Sak
7、aabe~,MaatsumOtO~.electrOchemicalprOpertiesOfLiCOO2inrOOmtemperatureiOnicliCuidelectrOlytes[J].elelctrOchemstryCOm-municatiOns,2003,<5>=594598.[3]TakahashiM,TObishimaS,TabeiK,etal.electrOchemicalbehaviOrOfLiFePO4inOrganicelectrOlytes[J].SOlid-stateIOnics,2002,148=283.*收稿日期!2004
