双氟磺酰亚胺锂合成及其电解液对铝箔的腐蚀性能研究

发布时间：2021-12-29 00:24

　　六氟磷酸锂（LiPF₆）基电解液对水份敏感、易受热分解释放腐蚀性气体等问题是限制锂离子电池发展的主要原因之一。开发LiPF₆的替代锂盐成为当下迫切的任务。在众多新型锂盐中,双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）以其优异的性能发展成为备受人们关注的锂盐。其腐蚀正极集流体铝箔的问题,限制了在锂离子电池中的使用。研究表明,在LiFSI基电解液中加入能钝化铝箔的锂盐如双草酸硼酸锂（LiBOB）可有效抑制室温下的铝箔腐蚀。但是动力锂离子电池的发展要求电解液耐受45℃以上的恶劣环境,因此有必要对高温下LiFSI基电解液对铝箔的腐蚀行为进行研究。论文主要包括三部分内容:（1）LiFSI的合成。以NH₂SO₃H、SOCl₂、ClSO₃H为原料合成前驱体双氯磺酰亚胺（HN（SO₂Cl）₂）,接着通过与SbF₃反应得到双氟磺酰亚胺（HN（SO₂F）₂）。在乙腈中HN（SO

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂离子电池形状和结构示意图：（a）圆柱形，（b）方形，（c）扣式[2]

锂离子电池工作原理[5]

工程硕士学位论文7ClSO3H、和SOCl2为原料在120℃可一锅合成HN(SO2Cl)2，该法合成条件温和且原料来源广。双氟磺酰亚胺中间体通过氟化双氯磺酰亚胺中间体得到。Krumm等[30]用SbF3在室温条件下便完成氟化，该法反应条件温和，使用较多。关于最后一步成盐，Beran等提出在硝基甲烷中回流双氟磺酰亚胺和KF即可得到KFSI，KFSI和LiClO4在乙腈中发生离子交换得到LiFSI[31]。韩[32]通过HFSI和K2CO3在乙腈中的中和反应制得KFSI，然后通过和LiClO4发生离子交换得到LiFSI。1.5.2铝箔腐蚀机理图1.3铝箔在LiFSI基电解液中的腐蚀机理示意图[37]Fig.1.3CorrosionmechanismofaluminumfoilinLiFSIbasedelectrolyte[37]正极集流体铝箔的腐蚀是限制LiFSI电解质锂盐在锂离子电池电解液中应用的主要因素，因此研究其对铝集流体的腐蚀机理和抑制腐蚀对锂离子电池的发展有重要的意义。关于LiFSI基电解液对正极集流体铝箔腐蚀的研究始于LiTFSI。LiTFSI最初由Foropoulos等[33]提出，于1995年，3M公司尝试着将其进行产业化并应用于锂离子电池电解液中，结果以失败告终。失败的原因在于充放电过程中铝箔发生了腐蚀。为了解决这个问题，人们对其腐蚀机理进行了研究[34]。得到了广泛认可的说法是腐蚀产物Al(TFSI)3溶解机理，这种说法认为铝箔表面的生成的Al(TFSI)3在有机溶剂中有较大的溶解度，当其溶解于电解液中，其覆盖的新鲜的铝就会暴露出来，而且新暴露出来的铝具有更高的反应活性，因此更容易被腐蚀生成Al(TFSI)3，Al(TFSI)3继续溶于电解液中，如此造成铝集流体的持续消耗。在铝表面生成Al(TFSI)3而不是其它在电解液中不溶的化合物如AlF3等的原因在于TFSI-阴离子的耐氧化性。这种说法可能是受到了铝集流体在LiPF6基电解液中保持稳定的启发。因为铝在Li

【参考文献】：
博士论文
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[3]氟磺酰亚胺碱金属盐和离子液体：合成、表征以及在锂离子电池中的应用[D]. 韩鸿波.华中科技大学 2012

硕士论文
[1]高电位正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备及其改性研究[D]. 王江.南京航空航天大学 2018
[2]电解液中痕量水和金属离子杂质对电池性能影响的研究[D]. 唐风娟.兰州理工大学 2017
[3]双氟磺酰亚胺锂电解液与铝正集流体的界面电化学行为的研究[D]. 马国华.华中科技大学 2017
[4]层状LiMn02制备工艺的研究[D]. 丰艳芳.中北大学 2012



本文编号：3555024