新型聚离子液体电解质的制备及其锂离子电池性能研究

摘要

锂离子电池在能源化学、材料化学等领域受到广泛关注，因为锂离子电池具有较高的电压、较高的能量密度、无污染及较长的循环寿命等特点。传统的锂离子电池有正极材料、负极材料、隔膜及电解液组成，当电流在锂离子电池的正负极中传输时，电解液作为锂离子电池的一部分，不仅输送电流而且在很大程度上影响电池的可逆容量、安全性、循环寿命等性能，而电解液一般是有机电解液，虽然电导率高，但出现问题是易燃，因此，对电池的安全性能产生了影响。复合凝胶聚合物电解质（CGPE）用于研究解决锂离子电池的安全问题，同时希望能一定程度上扩展CGPE在锂离子电池中的应用，本文研究的主要内容如下： （1）采用阳离子咪唑1-甲基丙烯酸正己酯-3-丁基咪唑四氟硼酸盐（MOBIm6-BF4）、交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）以及离子液晶1-十六烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[C16mim]BF4）制备具有2D的 CGPE，其中聚合的MOBIm6-BF4是锂离子传输的媒介，同时在聚阳离子离子液体中离子液晶可以诱导产生2D离子导电通道。离子液晶的存在，不仅为CGPE提供了层状结构及有效的锂离子通道，同时也增加了聚离子液体的电导率。经过调控液晶的含量，得出聚合物电解质PM6PC0.5（poly-MOBIm6-BF4/ PEGDA/[C16mim]BF4含量为3/1/0.5）具有较好的热稳定性、阻燃、较高的电导率室温下为7.14×10-5S cm-1，电化学稳定窗口为4.7V vs. Li+/Li。组装成电池时0.1 C下，首次充放电的放电容量为136.7 mAh g-1，40次循环后的放电电容为118.9 mAh g-1，库伦效率为99.74%。 （2）1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（EIME-BF4）作为添加剂添加到聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）与聚阳离子离子液体（离子液体为1-甲基丙烯酸正己酯-3-丁基咪唑四氟硼酸盐（MOBIm6-BF4）形成的半互穿网络聚合物基质中而制备的凝胶型聚合物电解质。M6PE-50代表的CGPE中含有0.1 mol kg-1 EIME-BF4/LiBF4质量百分比为50%，poly-MOBIm6-BF4/PEGMA为3∶1时的CGPE，具有较好的电化学性质及电解质的稳定性、室温25℃下的电导率为1.32×10-3S cm-1、电化学稳定窗口3.86 V vs. Li+/Li。M6PE制备锂离子聚合物电解基质电池并进行电化学充放电性能的测试，0.1 C下的充放电测试结果表明制备的Li/ M6PE-50/LiFePO4放电电容为139.0mAh g-1，经过50次充放电循环后放电容量为120.0mAh g?1，库伦效率为89%。 （3）制备的 CGPE是基于含有 BF4的 N,N-二乙基-N-甲基-N（-2-甲氧乙基）季铵盐（DEME-BF4）离子液体作为添加剂，与LiBF4、含有四氟硼阴离子的壳聚糖（HACC-BF4）制备形成CGPE为HA-BF4。当CGPE的HA-BF4含有80%质量分数的0.1 mol kg-1 LiBF4/DEME-BF4（HA-BF4-80），室温下离子电导率为2.02×10-3 S cm-1、电化学稳定窗口为5.4V。组装HA-BF4为Li/HA-BF4/LiFePO4锂离子电池，在0.1C下进行电池充放电性能的测试，首次放电容量为152.0mAh g-1，经过100次放电后放电容量为140.0 mAh g?1，库伦效率为91%。

目录

第一章 绪论

1.1 环境问题与能源危机

1.2 新能源的储存与利用

1.3 锂离子电池的简介

1.4凝胶聚合物的简介

1.5 本论文的选题依据及研究内容

第二章 实验原料、设备及测试方法

2.1 实验原料及设备

2.2 材料表征手段

2.3 电化学性能测试

2.4 电解质循环兼容性

2.5 电池性能测试

第三章 离子液晶诱导凝胶聚合物电解质产生离子通道的制备与性能研究

3.1 前言

3.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第四章 离子液体添加的凝胶聚合物电解质的制备与性能研究

4.1 前言

4.2 实验方法

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第五章 壳聚糖与离子液体复合凝胶聚合物电解质的制备与性能研究

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间论文及研究成果

致谢

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