锍类离子液体电解液与钛基负极材料(Li4Ti5O12纳米片)的相容性研究

摘要

锂离子电池是由正极、负极、隔膜和电解质等部分组成的复杂体系，新型电池材料能否成功应用于锂离子电池，不仅与材料自身的电化学性能有关，电池各组件间的相容性都将影响体系的综合性能。
　　离子液体电解质由于具备一系列优异的电化学性能，成为锂二次电池电解质研究的热点之一。目前，大多数研究集中在新型离子液体的开发、物理化学性质的考察等方面，相容性方面的研究报道不多。就负极材料Li4Ti5O12而言，离子液体与其相容性的研究较少，且多局限在咪唑类离子液体，新型锍类离子液体与Li4Ti5O12（特别是纳米结构）的相容性研究未见报道。
　　本文以无定型的水合二氧化钛为前驱物，通过水热反应法及后续热处理制备了厚度在5 nm以内，宽度200 nm~400 nm的Li4Ti5O12纳米片，采用XRD、SEM等方法对材料进行表征，并采用恒流充放电、交流阻抗和循环伏安等测试方法对材料进行电化学性能分析。测试结果表明纳米结构能够明显提高材料的动力学传输性能，材料在1C倍率下首次放电容量为211 mAh/g，循环100次容量仍能保持在162 mAh/g，与材料的理论容量非常接近。
　　研究了Li4Ti5O12纳米片与锍类离子液体电解质的相容性。采用充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学测试方法分别研究了Li4Ti5O12纳米片在0.3M LiTFSI S114TFSI和S221TFSI离子液体电解液中的电化学行为。结果表明Li4Ti5O12纳米片电极材料与S221TFSI有较好的相容性，在1C倍率下，首次放电容量达195 mAh/g，接近传统有机电解液。
　　分别研究三种正极材料LiMn2O4、LiFePO4、LiCoO2与Li4Ti5O12/S221TFSI体系的相容性，考察了不同正极材料及锂盐浓度对体系性能的影响。其中锂盐浓度0.8M,1C倍率下三种电池体系首次放电容量分别为127 mAh/g、134 mAh/g、139 mAh/g,100次循环后放电容量分别为83 mAh/g、108 mAh/g、136 mAh/g。Li4Ti5O12/0.8M LiTFSI S221TFSI/LiCoO2体系表现出了良好的充放电容量和优异的循环性能，体系相容性最好。
　　进一步研究了充放电倍率对Li4Ti5O12/0.8M LiTFSI S221TFSI/LiCoO2体系性能的影响。随着充放电倍率的增加，放电平台缩短，首次放电容量降低。在1C、2C、4C、8C倍率下，体系首次放电容量为139 mAh/g、115 mAh/g、84 mAh/g、55 mAh/g，进行100次充放电循环后容量分别为136 mAh/g、100 mAh/g、76 mAh/g、46 mAh/g，体系表现出良好的循环性能和倍率性能。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2离子液体电解质

1.2.1一般结构离子液体

1.2.2含功能团的离子液体

1.2.3其他结构的离子液体

1.3锂二次电池负极材料与离子液体电解质的相容性

1.3.1锂金属负极与离子液体电解质的相容性

1.3.2碳负极与离子液体电解质的相容性

1.3.3 Li4Ti5O12负极材料的特点及其与离子液体电解质的相容性

1.4选题依据和研究内容

参考文献

第二章Li4Ti5O12纳米片的合成及其电化学性能的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂和原料

2.2.2 Li4Ti5O12纳米片的制备

2.2.3 对比样品的合成

2.2.4 Li4Ti5O12纳米片的表征与测试

2.3结果与讨论

2.3.1 Li4Ti5O12纳米片的结构形貌

2.3.2 Li4Ti5O12纳米片的电化学性能

2.4 本章小结

参考文献

第三章 Li4Ti5O12纳米片与锍类离子液体电解液的相容性研究

3.1 引言

3.2 Li4Ti5O12纳米片在锍类离子液体电解液中的电化学行为研究

3.2.1 实验部分

3.2.2 结果与讨论

3.3 Li4Ti5O12/S221TFSI/正极体系相容性研究

3.3.1试剂和原料

3.3.2实验电池的组装及充放电测试条件

3.3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 结论

硕士生学习期间发表的论文

致谢