锂离子电池新型功能材料的设计与开发

摘要

锂离子电池具有电压高，比能量大，循环寿命长和无记忆效应等优点，它在总体性能上优于其它传统二次电池。随着锂离子电池应用领域的扩大，推动了锂离子电池向高能量密度、高输出功率、长寿命、低价及安全方向的发展。本工作针对锂离子电池性能提高急需新型功能材料的迫切需求，开展了锂离子电池功能材料的设计和开发及在电池中的应用研究。首先对锂离子电池功能电解液进行研发，其次制备了两类离子液体聚合物安全型电解质，最后，初步探讨了LiNi0.49Mn1.49Y0.02O4高压正极材料的结构及其电化学性能。本文的主要研究内容如下:
　　 1)系统研究了电解液有机溶剂组成和配比、以及添加剂种类和用量等对LiFePO4/MCMB电池电池常温、高温循环性能及低温放电性能的影响，并与商用电解液5378B和8022作对比。开发出了2种功能电解液体系，即1molL-1 LiPF6/EC∶DMC∶EMC(1∶1∶1, vol)+2wt％ PA2+2wt％ DA1和1mol L-1LiPF6/EC∶DMC∶EMC(1∶1∶1,vol)+2wt％ PA1+2wt％ DA1+0.7wt％LA1，其应用于LiFePO4/MCMB电池中，电池的综合性能（包括常温循环性能、高温循环性能及低温放电性能）均优于使用商用电解液5378B和8022电池的性能;同时，成本低，具有很高的性价比。上述2种电解液均已经通过企业验收。
　　 2)制备了季铵阳离子离子液体聚合物电解质，将其应用于Li/LiFePO4电池，循环测试表明，在60℃、充放电倍率为0.1C的条件下，使用PDMNTFSI-DEMETFSI-LiTFSI-SiO2电解质的电池放电容量在150 mAh g-1左右，循环稳定性较好。另外，还制备了以硅丙聚合物基体为基质的离子液体聚合物电解质P(MMA-BA-KH571)-DEMETFSI-LiTFSI-SiO2，应用在Li/LiFePO4电池中，循环测试表明，充放电倍率为0.1C，温度为80℃和60℃，电池放电容量分别在155mAhg-1和125mAhg-1左右，循环稳定性较好。
　　 3)应用柠檬酸辅助溶胶凝胶方法，合成了Y3+取代的尖晶石LiNi0.49Mn1.49Y0.02O4材料。通过XRD、循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗测试等，研究Y3+掺杂对材料结构和电化学性能的影响。结果表明，Y3+的掺杂能提高LiNi0.5Mn1.5O4材料的倍率和循环性能，在电压区间3.5-4.9 V，1C倍率下，其初始容量为114.9 mAhg-1，100次循环后放电比容量仍可达到113 mAhg-1，容量保持率98.3％;交流阻抗显示，掺杂Y3+能减小材料界面阻抗。

目录

摘要

第一部分 锂离子电池功能电解液的研发

第一章 绪论

1.1 有机溶剂

1.2 锂盐

1.3 锂离子电池添加剂

第二章 二元电解液在LiFePO4/MCMB电池中的应用研究

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

第三章 三元电解液在LiFePO4/MCMB电池中的应用研究

3.1 实验部分

3.2 1mol L-1 LiPF6/EC:DEC:EMC (1:1:2，vol)三元体系在LiFePO4/MCMB电池中的应用研究

3.3 1mol L-1 LiPF6/EC:DMC:EMC (1:1:2，vol)三元体系在LiFePO4/MCMB电池中的应用研究

3.3 1mol L-1 LiPF6/EC:DMC:EMC (1:1:1，vol)三元体系在LiFePO4/MCMB电池中的应用研究

3.4 本章小结

第四章 四元电解液在LiFePO4／MCMB电池中的应用研究

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

参考文献

第二部分 新型离子液体聚合物电解质的研究

第一章 绪论

1.1 含双键的离子液体单体聚合制备离子液体聚合物

1.2 含双键的单体在离子液体中聚合制备离子液体聚合物电解质

1.3 离子液体和聚合物基体复合制备离子液体聚合物电解质

1.4 离子液体和离子液体聚合物复合制各离子液体聚合物电解质

第二章 基于季铵阳离子的离子液体聚合物电解质在锂离子电池中的应用研究

2.1 季铵阳离子离子液体均聚物电解质在锂离子电池中的应用研究

2.2 季铵阳离子离子液体共聚物电解质在锂离子电池中的应用研究

2.3 本章小结

第三章 以硅丙聚合物为基质的离子液体聚合物电解质在锂离子电池中的应用研究

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

参考文献

第三部分 LiNi0.49Mn1.49Y0.02O4的合成及其电化学性能研究

1.1 实验部分

1.1.1 试剂和原料

1.1.2 LiNi0．49Mn1.49Y0.02O4材料制备

1.1.3 电极的制备及模拟电池的组装

1.1.4 材料的表征和电化学性能测试

1.2 结果与讨论

1.2.1 材料的结构形貌表征

1.2.2 循环伏安测试

1.2.3 充放电循环测试

1.2.4 电化学阻抗测试

1.3 结论

参考文献

全文总结

致谢

博士后期间发表的论文