新型聚离子液体电解质的制备及其锂离子电池性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:nanfangjituan
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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7.14×10-5 S cm-1,电化学稳定窗口为4.7 V vs.Li+/Li。组装成电池时0.1 C下,首次充放电的放电容量为136.7mAh 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/Li BF4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1.32×10-3 S 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139.0 mAh g-1,经过50次充放电循环后放电容量为120.0 mAh 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-11 LiBF4/DEME-BF4(HA-BF4-80),室温下离子电导率为2.02×10-3S cm-1、电化学稳定窗口为5.4 V。组装HA-BF4为Li/HA-BF4/LiFePO4锂离子电池,在0.1 C下进行电池充放电性能的测试,首次放电容量为152.0 mAh 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%。
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