钠离子电池用离子液体电解液的性能研究

发布时间：2017-09-02 13:27

  本文关键词：钠离子电池用离子液体电解液的性能研究

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【摘要】：随着智能电网、电动汽车时代的到来,研究高能效、环境友好、资源丰富的储能材料将是人类进入可持续发展社会的必要条件。目前,锂离子电池是发展较为明朗的电池体系,但随着交通、数码等产业对锂离子电池的依赖日益加剧,锂资源短缺问题将会制约其进一步的发展。钠与锂具有类似的性质,而且钠的资源丰富,价格较低廉。钠离子电池具有安全性能好、价格优廉、比能量高等优点,其很有可能成为下一代的储能电池体系。但是同锂离子电池相似,碳酸酯类的有机溶剂电解液存在易燃、易挥发等安全性问题,使得电池存在一定的安全隐患。所以,亟需要开发和研究安全无毒、稳定性好电解液。离子液体具有不易燃、不易挥发、电化学窗口宽等优点,用作钠离子电池的电解液的溶剂,有可能解决电池的安全性问题和改善有机溶剂电解液氧化性低及稳定性低等问题。本文主要讨论了钠离子电池离子液体电解液,对离子液体这种新型溶剂的应用前景与发展趋势作了适当的展望。1.咪唑类的离子液体EMIBF4、BMIPF6与其他类的离子液体相比,具有粘度小,电导率高等优点。将NaBF4溶于EMIBF4中,制备成不同钠盐浓度的离子液体电解液。实验结果表明,在室温下离子液体EMIBF4的电导率可达11.1mS?cm-1,0.5 mol?L-1 NaBF4/EMIBF4的电导率为8.7 m S?cm-1,60℃时能达到27.8mS?cm-1。2.环丁砜(TMS)具有良好的热稳定性和电化学稳定性,本论文将TMS添加到1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIPF6)中来提高离子液体对钠盐NaPF6的溶解度,以此达到改善电解液电导率等电化学性能。结果表明,添加后,电解液仍然能保持良好的安全性及热稳定性。其中,TMS的添加量为5%时,将电解液用于Na/Na3V2(PO4)3/C电池,首次放电比容量能达109.1 mAh?g-1,其倍率性能与循环性能都得到了改善。3.本论文将N-甲基-N-丁基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐(PP14TFSI)作为添加剂添加到0.5mol?L-1NaPF6/PP14TFSI+EC/DEC电解液中,研究了混合电解液的电导率、可燃性、热稳定性及其对钠离子正极材料Na3V2(PO4)3/C的电化学性能的影响。与传统的有机溶剂电解液相比,在室温25℃下,添加20%PP14TFSI的电解液的电导率达7.83 mS?cm-1,明显高于有机溶剂电解液。
【关键词】：钠离子电池 离子液体 电解液 安全性 电化学稳定性
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 钠离子电池电解液12-16
• 1.2.1 钠离子电池用电解液的基本要求12-13
• 1.2.2 钠离子电池电解液的分类13
• 1.2.3 钠离子电池有机溶剂电解液的组成13-16
• 1.3 离子液体的简介16-18
• 1.3.1 离子液体的概念16
• 1.3.2 离子液体的种类16
• 1.3.3 离子液体的物理化学性质16-18
• 1.4 钠离子电池用离子液体电解液的研究进展18-22
• 1.4.1 钠离子电池用咪唑类离子液体电解液的研究进展18-19
• 1.4.2 钠离子电池用哌啶类离子液体电解液的研究进展19
• 1.4.3 钠离子电池用吡咯类离子液体电解液的研究进展19-21
• 1.4.4 钠离子电池用无机类离子液体电解液的研究进展21
• 1.4.5 钠离子电池用离子液体/有机溶剂混合电解液的研究进展21-22
• 1.5 本论文的选题思路和研究内容22-23
• 第2章 实验方法、原料和仪器23-30
• 2.1 实验材料和化学试剂23
• 2.2 实验仪器与设备23-24
• 2.3 样品制备与电池组装24
• 2.3.1 离子液体电解液的制备24
• 2.3.2 电极的制备24
• 2.3.3 扣式电池的组装24
• 2.4 物理性能表征24-26
• 2.4.1 表面形貌分析24-25
• 2.4.2 燃烧试验25
• 2.4.3 热重分析25-26
• 2.4.4 傅里叶变换红外光谱分析26
• 2.4.5 量子化学计算26
• 2.5 电化学性能测试26-30
• 2.5.1 电化学窗26
• 2.5.2 电导率26-27
• 2.5.3 线性扫描测试和循环伏安测试27
• 2.5.4 电化学阻抗谱27-28
• 2.5.5 恒流充放电测试28-30
• 第三章 新型咪唑类NaBF4/EMIBF4离子液体电解液30-42
• 3.1 Na BF4/EMIBF4电解液体系的制备30
• 3.2 样品的电化学性能表征30-33
• 3.2.1 电导率30-31
• 3.2.2 电化学窗31-33
• 3.3 电解液的物化性能表征33-40
• 3.3.1 电解液与隔膜的相容性分析33-35
• 3.3.2 可燃性测试35-36
• 3.3.3 热稳定性分析36-37
• 3.3.4 傅里叶变换红外光谱分析37-39
• 3.3.5 量子化学计算39-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 咪唑/砜类电解液体系的制备与电池组装及表征42-49
• 4.1 实验部分42
• 4.2 离子液体电解液的电化学性能42-45
• 4.2.1 电导率42-43
• 4.2.2 可燃性实验43-44
• 4.2.3 量子化学计算44-45
• 4.3 咪唑/砜类体系电解液在钠离子电池中的应用45-47
• 4.4 本章小结47-49
• 第5章 哌啶类离子液体/有机溶剂混合电解液的制备和性能研究49-55
• 5.1 离子液体、有机溶剂和混合电解液49-50
• 5.1.1 离子液体PP14TFSI49
• 5.1.2 有机溶剂49
• 5.1.3 PP14TFSI/有机溶剂混合电解液配比和制备49-50
• 5.2 PP14TFSI/有机溶剂混合电解液的物化性能50-52
• 5.2.1 混合电解液的燃烧试验50
• 5.2.2 电化学稳定性50-51
• 5.2.3 混合电解液的电导率51-52
• 5.3 PP14TFSI/有机溶剂混合电解液对钠离子电池正极材料的电化学性能的影响52-54
• 5.4 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-61
• 致谢61

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本文编号：778830