基于环丁砜的新型钠离子电解质制备及电化学性能研究

发布时间：2017-12-04 20:20

  本文关键词：基于环丁砜的新型钠离子电解质制备及电化学性能研究

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【摘要】：近年来,为了满足急剧扩增的能源需求,大量的研究工作致力于开发对可再生能源和智能电网的大规模电化学储能。与锂离子电池相比,钠具有明显的资源优势和低成本。然而,许多研究工作都集中于钠离子电池的正负极材料的开发。电解质作为正极和负极之间离子迁移的桥梁,是电池的重要组成部分。研究开发可充、高效、低成本、安全、环境友好型电解液也很重要。本文选择钠离子电池电解质作为研究重点,首次选择了环丁砜(TMS)作为主体溶剂,并选用了异氰酸乙酯(EI)、对甲苯异氰酸酯(PTI)、对甲苯磺酰异氰酸酯(PTSI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)四种异氰酸酯类添加剂来改善电解质材料的物化性能及电化学性能,同时还系统研究了此类电解质与正极材料Na3V2(PO4)3和负极材料SiC-Sb-C匹配的半电池的电化学性能。最后则研究了不同钠盐对电池的影响。研究结果表明,室温下不同添加剂的0.4 mol/kg NaClO4+TMS电解质体系的室温电导率均达到10-3 S·cm-1,满足钠离子电池商业化的应用要求。四种添加剂能有效的降低环丁砜的玻璃态转变温度,其中HDI添加剂改善效果最为明显,添加5wt%的HDI能使整个电解质体系的玻璃态转变温度降低到-1.76℃。此外,环丁砜体系的电解液热稳定性优于常用的碳酸酯电解液,0.4 M NaClO4+TMS:HDI(95:5,w/w)的热分解温度为140.09℃,并且该电解液与Na3V2(PO4)3匹配的半电池循环性能最优,首次放电比容量为103.9 mAh g-1,50周维持在100.1 mAh g-1的可逆容量,库伦效率在99%以上,在0℃低温下,该电解液体系同样具有最优的循环性能,50周循环后容量维持有92.7mAhg-1,因此HDI为改善TMS最合适的添加剂。将TMS:HDI(95:5,w/w)比例的溶剂与四种不同的钠盐(NaPF6、NaClO4、NaCF3SO3、NaTFSI)进行优化,我们得出四种钠盐的最佳浓度分别为:0.25 mol/kg、0.4mol/kg、0.3mol/kg、0.2 mol/kg。匹配Na3V2(PO4)3电池进行循环性能测试,0.25M NaPF6+TMS:HDI(95:5,w/w)体系的电池循环性能最好,在0.1C倍率下,首周放电容量为109.6mAhg-1,500周后还有88.3mAhg-1的可逆容量。该电解液与SiC-SbC电极材料有良好的兼容性,首周放电容量810.3 mAh g-1,50周后可逆循环容量达到619.0 mAh g-1。将上述循环500周后的NVP电极和循环10周后SiC-Sb-C电极进行SEM测试,其正极表面仍然保持了多孔结构,而负极表面则观察到均匀的SEI膜,通过对电极表面的XPS、FTIR和EDS分析推断HDI参与成膜过程,结合已有报道推测该电解质体系在电极/电解质界面可能发生的反应和SEI膜的成分。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912

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本文编号：1252211