可充电锂空气电池有机电解液的研究

发布时间：2017-08-24 09:05

  本文关键词：可充电锂空气电池有机电解液的研究

  更多相关文章： 锂空气电池 有机电解液 LiNO_3-DMA LiPF_6 DMSO

【摘要】：锂空气电池以其超高的理论能量密度,良好的功率、温度特性,成为学术界研究热点,是一种潜在可行的超大容量储电系统。然而在催化剂、放电机理、多孔空气电极及电解液等方面的诸多缺陷,尤其是电解液,严重影响了锂空气电池的性能与应用。由此可见,开发性能稳定的有机电解液具有重要意义。本文以LiNO_3-DMA有机电解液体系为基础,通过向其添加溶剂二甲基亚砜(DMSO)、四乙二醇二甲醚(TEGDME)及导电锂盐六氟磷酸锂(LiPF_6)、高氯酸锂(LiClO4)、双三氟甲基磺亚胺锂(LiTFSI),研究分析电解液物化性质、恒流充放电及反应机理,得出以下结论:1.以混合溶剂电解液LiNO_3-DMA/DMSO、LiNO_3-DMA/TEGDME为研究对象,DMSO的添加可以使锂负极形成稳定的SEI膜,有效增强了LiNO_3-DMA与锂的化学兼容性,降低了极化阻抗,因此循环性能有所提高,截止比容量1000 mAh g-carbon-1,电流密度0.2mA/cm~2时,可稳定循环40周。而TEGDME的添加降低了电池极化阻抗,但增大了电解液阻抗、加剧电解液与锂的氧化,因而循环性能未得到提升,仅循环12周便出现了容量衰减,至18周容量衰减超过20%。降低电流密度至0.1mA/cm~2,由于TEGDME的添加降低了体系蒸气压,故也能一定程度改善循环性能,但LiNO_3-DMA/DMSO有高于LiNO_3-DMA/TEGDME的容量保持率。此外,溶剂的添加对电解液粘度影响较大,高于混合锂盐对电解液粘度的影响。SEM及XRD分析表明,LiNO_3-DMA和LiNO_3-DMA/DMSO放电均生成可循环产物Li2O2,但DMSO中的疏水性甲基抑制了LiNO_3-DMA中副产物LiOH的生成。此外LiNO_3-DMA循环过程中生成了含S化合物,是导致放电终止的重要原因。2.以混合锂盐电解液LiPF_6/LiNO_3-DMA、LiCl O4/LiNO_3-DMA、LiTFSI/LiNO_3-DMA为研究对象,LiPF_6的添加显著提升了电解液与锂的化学稳定性,而其他两种锂盐LiClO4和LiTFSI则加剧了锂与电解液的氧化。由于混合锂盐的总量均为1mol/L,故混合电解液粘度与LiNO_3-DMA相比没有明显变化。混合电解液的电导率、极化阻抗均明显增大,其中电导率提升最为显著的是LiPF_6/LiNO_3-DMA。电流密度0.2mA/cm~2时,循环性能LiPF_6/LiNO_3-DMA优于LiNO_3-DMA,截止比容量1000 mAh g-carbon-1,稳定循环42周。电流密度为0.1mA/cm~2时,LiNO_3-DMA和LiPF_6/LiNO_3-DMA均发生电池失效,LiClO4和LiTFSI的添加均一定程度的改善了LiNO_3-DMA体系的容量保持率,但放电容量较低。对LiPF_6/LiNO_3-DMA的XRD分析表明,其放电产物为Li2O2,但LiPF_6具有较强吸水性,因此生成较多的LiOH。3.基于DMSO和LiPF_6对体系LiNO_3-DMA均有优化作用,因此进一步以混合锂盐/溶剂有机电解液LiNO_3/LiPF_6-DMA/DMSO为研究对象,与单一锂盐、单一溶剂电解液的对比。结果表明,LiNO_3/LiPF_6-DMA/DMSO粘度大于LiNO_3-DMA,而电导率则高于所有单一溶剂混合单一锂盐,电解液阻抗介于LiNO_3-DMSO及LiPF_6-DMA之间。当以电流密度0.2mA/cm~2充放电时循环次数虽然少于LiPF_6-DMSO,但较Li NO_3-DMA有了显著提高。而以电流密度0.1mA/cm~2充放电时,兼具了LiNO_3-DMA的高放电容量和LiPF_6-DMSO的高容量保持率,且有效缓解了电解液降解的问题。LiNO_3/LiPF_6-DMA/DMSO放电产物为Li2O2,但对LiOH的生成无明显抑制作用。
【关键词】：锂空气电池 有机电解液 LiNO_3-DMA LiPF_6 DMSO
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.41
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 论文的研究背景与意义12-13
• 1.2 水基/非水基电解液锂空气电池反应原理13-14
• 1.2.1 水基锂空气电池反应原理13
• 1.2.2 非水基锂空气电池反应原理13-14
• 1.3 非水基锂空气电池电解液的研究进展14-21
• 1.3.1 有机电解液14-19
• 1.3.2 离子液体19-20
• 1.3.3 固态电解质20-21
• 1.4 有机电解液锂空气电池的局限21-22
• 1.5 锂空气电池有机电解液的选择依据22-24
• 1.5.1 溶剂的选择23
• 1.5.2 锂盐的选择23
• 1.5.3 添加剂的选择23-24
• 1.6 论文的研究意义和主要内容24-25
• 第二章 实验及测试方法25-30
• 2.1 主要实验试剂25-26
• 2.2 实验设备和仪器26
• 2.3 实验方法26-27
• 2.3.1 电解液的制备26-27
• 2.3.2 石墨烯空气电极的制备27
• 2.3.3 电池的组装27
• 2.4 材料表征及电化学测试27-30
• 2.4.1 X射线衍射27
• 2.4.2 扫描电子显微镜27-28
• 2.4.3 有机电解液与金属锂的化学兼容性28
• 2.4.4 有机电解液电导率28
• 2.4.5 有机电解液粘度28
• 2.4.6 电化学阻抗谱28-29
• 2.4.7 恒流充放电29-30
• 第三章 混合溶剂有机电解液对锂空气电池性能的影响30-42
• 3.1 引言30-31
• 3.2 混合溶剂对LINO_3-DMA物化性质的影响31-37
• 3.2.1 电解液与金属锂的化学兼容性分析31
• 3.2.2 电导率与粘度31-33
• 3.2.3 电化学阻抗谱33-35
• 3.2.4 恒流充放电35-37
• 3.2.4.1 循环性能35-36
• 3.2.4.2 容量保持率36-37
• 3.3 LINO_3-DMA体系的产物表征37-40
• 3.3.1 LINO_3-DMA的SEM分析37-38
• 3.3.2 LINO_3-DMA的XRD分析38-39
• 3.3.3 LINO_3-DMA/DMSO的XRD分析39-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 混合锂盐有机电解液对锂空气电池性能的影响42-57
• 4.1 引言42
• 4.2 混合锂盐对LINO_3-DMA物化性质的影响42-48
• 4.2.1 电解液与金属锂的化学兼容性分析42-43
• 4.2.2 电导率与粘度测试分析43-44
• 4.2.3 电化学阻抗谱44-45
• 4.2.4 恒流充放电45-47
• 4.2.4.1 循环性能45-46
• 4.2.4.2 容量保持率46-47
• 4.2.5 LIPF_6/LINO_3-DMA的XRD分析47-48
• 4.3 对混合锂盐/溶剂LINO_3/LIPF_6-DMA/DMSO的分析48-55
• 4.3.1 电解液与金属锂的化学兼容性分析49
• 4.3.2 电导率与粘度49-50
• 4.3.3 电化学阻抗谱50-51
• 4.3.4 恒流充放电51-54
• 4.3.4.1 循环性能51-53
• 4.3.4.2 容量保持率53-54
• 4.3.5 XRD分析54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 结论57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-66
• 攻读硕士学位期间取得的成果66-67

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 王秀芳;田勇;;竹基活性炭在水性和有机电解液中的电容特性[J];材料导报;2010年20期

2 蒋颉;刘晓飞;赵世勇;何平;周豪慎;;基于有机电解液的锂空气电池研究进展[J];化学学报;2014年04期

3 孙刚伟;宋文华;成果;乔文明;凌立成;;微晶碳电活化过程中离子尺寸效应研究[J];电化学;2010年02期

4 成果;孙刚伟;宋文华;詹亮;凌立成;;有机电解液对双电层电容器性能影响[J];华东理工大学学报(自然科学版);2010年02期

5 黄博;孙现众;张熊;张大成;马衍伟;;活性炭基软包装超级电容器用有机电解液[J];物理化学学报;2013年09期

6 韩莹;张密林;陈野;景晓燕;冯杨柳;石兆辉;;纤维状MnO_2在有机电解液中的电容特性[J];有色金属;2005年04期

7 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 徐斌;吴锋;曹高萍;陈实;王国庆;杨裕生;;单壁碳纳米管在有机电解液中的双电层电容(英文)[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（下集）[C];2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 谢鹏;有机电解液在双炭层容器中的分子动力学研究[D];天津工业大学;2016年

2 宫岩坤;可充电锂空气电池有机电解液的研究[D];电子科技大学;2016年

3 张懋慧;有机电解液对氟化碳电极界面性能研究[D];云南师范大学;2014年

，

本文编号：730382