锂硫电池离子液体/氟化醚功能电解液研究
发布时间：2021-12-02 13:46
高能量密度是锂硫电池较之其他商品化二次电池最为显著的一项优势,同时其还具有原料成本低、对环境友好等优点,极具发展和应用前景。但是现阶段该电池存在活性物质利用率低、循环稳定性差、库仑效率低、自放电严重等问题,极大制约了其实用化进程,主要原因是充放电中间产物多硫化物形成的“穿梭效应”。由于多硫化物的溶解、扩散与穿梭主要发生在电解液中,优化电解液组成自然成为改善锂硫电池性能的有效途径。本论文以双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）为锂盐,采用离子液体、有机醚共溶剂配制一系列锂硫电池新型功能电解液。系统地研究了各电解液体系的理化性质、电池的电化学性能,初步探究了多硫化物的溶解和穿梭抑制机理以及不同溶剂的作用机制。取得了以下阶段性成果和进展:（1）不同添加量的氟化醚TTE对咪唑型离子液体（EMITFSI）基电解液理化性质和电池电化学性能的的影响:TTE的加入增加了离子电导率,对电解液中的离子迁移有积极的影响。EMITFSI/TTE体系具有良好的阻燃性能、较宽的稳定电位窗口,表现出良好的电化学稳定性。含TTE的电解液的电池比不含TTE的电解液的电池具有更高的可逆容量、更好的循环和倍率性能。不足或过量...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Li-S电池工作原理示意图
图 1.2 Li-S 电池充放电曲线原理示意图[10]Fig. 1.2 Discharge-charge property of Li-S battery[10] 60 年代以来，锂硫电池的研究持续了将近 60 年，得了些研究成就，但该电池系统仍然存在很多挑战离真正商业化还有一段距离。当前锂硫电池主要存差的离子导电性和电子导电性。在室温下，活性电子绝缘体，这些都会对电池的性能产生不利的影电过程中有接近 80%的体积膨胀/收缩，这种体积变成急剧的容量衰减。物的穿梭效应带来的一些问题：一方面，电池自放率低。另一方面会对锂负极造成连续腐蚀，影响电电子绝缘的 Li2S2、Li2S 产物在负极表面沉积也会池的放电中间产物易溶于电解液中，增加电解液的物氧化为单质硫的动力学过程十分缓慢，随着循环
图 1.3 几类新型氟化醚的结构示意图Fig. 1.3 Schematic structural formula of several new types of fluorinated ethers.3.3 添加剂电解液添加剂是提升锂硫电池性能的重要手段。当前普遍认可的锂硫电池相对最效的添加剂的是 LiNO3[33]，它通过还原分解促使锂负极表面形成稳定的钝化膜，利膜阻止多硫化物与锂负极的接触与反应，因而有效抑制了穿梭效应[34]。但是电解液用 LiNO3存在着以下几个负面问题：1）当首次放电低于 1.6V 时，LiNO3会在正极不可逆还原，所生成还原产物会降低硫正极的氧化还原可逆性[35]；2）LiNO3在正同时反应消耗，导致其对电池的保护作用随着循环的进行逐步下降甚至消失[36]；3O3-有强氧化性，存在安全隐患。所以 LiNO3在锂硫电池中虽然功效明显，但需谨慎。人们进一步选用各种功能锂盐替代 LiNO3用作成膜添加剂。如电解液中的 LiFSI 1.6~2.3 V 时通过还原反应在正负极表面形成保护膜，其成膜过程是在适度高温的下，由电解液还原产生的 FSI（-F）激发态阴离子所引起[17]；添加 LiODFB 能形成
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂硫电池有机电解液研究现状与展望[J]. 卢海,袁艳,杨庆浩,后振中,赖延清,刘业翔. 功能材料. 2017(01)
[2]锂硫电池系统研究与展望[J]. 邓南平,马晓敏,阮艳莉,王晓清,康卫民,程博闻. 化学进展. 2016(09)
[3]锂硫电池电解质研究进展[J]. 金朝庆,谢凯,洪晓斌. 化学学报. 2014(01)
[4]Li-S电池硫正极性能衰减机理分析及研究现状概述[J]. 刁岩,谢凯,洪晓斌,熊仕昭. 化学学报. 2013(04)
[5]硝酸锂作添加剂对锂硫电池电化学性能的影响[J]. 熊仕昭,谢凯,洪晓斌. 高等学校化学学报. 2011(11)
[6]离子液体在电池中的应用[J]. 陈人杰,张海琴,吴锋. 化学进展. 2011(Z1)
本文编号：3528562
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Li-S电池工作原理示意图
图 1.2 Li-S 电池充放电曲线原理示意图[10]Fig. 1.2 Discharge-charge property of Li-S battery[10] 60 年代以来，锂硫电池的研究持续了将近 60 年，得了些研究成就，但该电池系统仍然存在很多挑战离真正商业化还有一段距离。当前锂硫电池主要存差的离子导电性和电子导电性。在室温下，活性电子绝缘体，这些都会对电池的性能产生不利的影电过程中有接近 80%的体积膨胀/收缩，这种体积变成急剧的容量衰减。物的穿梭效应带来的一些问题：一方面，电池自放率低。另一方面会对锂负极造成连续腐蚀，影响电电子绝缘的 Li2S2、Li2S 产物在负极表面沉积也会池的放电中间产物易溶于电解液中，增加电解液的物氧化为单质硫的动力学过程十分缓慢，随着循环
图 1.3 几类新型氟化醚的结构示意图Fig. 1.3 Schematic structural formula of several new types of fluorinated ethers.3.3 添加剂电解液添加剂是提升锂硫电池性能的重要手段。当前普遍认可的锂硫电池相对最效的添加剂的是 LiNO3[33]，它通过还原分解促使锂负极表面形成稳定的钝化膜，利膜阻止多硫化物与锂负极的接触与反应，因而有效抑制了穿梭效应[34]。但是电解液用 LiNO3存在着以下几个负面问题：1）当首次放电低于 1.6V 时，LiNO3会在正极不可逆还原，所生成还原产物会降低硫正极的氧化还原可逆性[35]；2）LiNO3在正同时反应消耗，导致其对电池的保护作用随着循环的进行逐步下降甚至消失[36]；3O3-有强氧化性，存在安全隐患。所以 LiNO3在锂硫电池中虽然功效明显，但需谨慎。人们进一步选用各种功能锂盐替代 LiNO3用作成膜添加剂。如电解液中的 LiFSI 1.6~2.3 V 时通过还原反应在正负极表面形成保护膜，其成膜过程是在适度高温的下，由电解液还原产生的 FSI（-F）激发态阴离子所引起[17]；添加 LiODFB 能形成
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂硫电池有机电解液研究现状与展望[J]. 卢海,袁艳,杨庆浩,后振中,赖延清,刘业翔. 功能材料. 2017(01)
[2]锂硫电池系统研究与展望[J]. 邓南平,马晓敏,阮艳莉,王晓清,康卫民,程博闻. 化学进展. 2016(09)
[3]锂硫电池电解质研究进展[J]. 金朝庆,谢凯,洪晓斌. 化学学报. 2014(01)
[4]Li-S电池硫正极性能衰减机理分析及研究现状概述[J]. 刁岩,谢凯,洪晓斌,熊仕昭. 化学学报. 2013(04)
[5]硝酸锂作添加剂对锂硫电池电化学性能的影响[J]. 熊仕昭,谢凯,洪晓斌. 高等学校化学学报. 2011(11)
[6]离子液体在电池中的应用[J]. 陈人杰,张海琴,吴锋. 化学进展. 2011(Z1)
本文编号：3528562
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