锂空气电池有机电解液的优化及其性能研究

发布时间：2018-02-16 10:12

本文关键词： 锂空气电池有机电解液环丁砜添加剂优化　出处：《深圳大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：当前,全球面临能源短缺、环境污染等问题,锂空气电池由于其高的能量密度而受到全世界研究人员的关注。有机体系锂空气电池目前取得广泛研究,其反应机理是放电过程中Li负极与空气中的氧气结合生成Li_2O或者Li_2O_2；充电过程中Li_2O_2或Li_2O分解为Li与O_2。与此同时,锂空气电池的发展受到充放电反应过程中正极孔隙堵塞、正极钝化与分解、电解液分解、锂负极易腐蚀等问题的制约。电解液问题与正极材料问题是当前研究的热点所在,其中如何提高电池循环性能的同时提高电解液的稳定性是困扰研究人员的难题之一。本文的工作主要集中在锂空气电池电解液溶剂、锂盐以及添加剂方面的优化研究,系统地研究其对电解液物化性质及电池性能的影响,旨在找寻一种具有高效稳定循环性能的同时具有良好基础性能的有机电解液。通过改变电解液溶剂、锂盐以及添加剂种类配制出一系列的有机电解液,系统地从其与锂负极的化学相容性、粘度、电导率、溶氧量、电化学稳定性、阻抗、恒流充放电循环等性能分析溶剂、锂盐与添加剂对电解液及其锂空气电池的影响,并对充放电产物以及反应机理进行了探索,结果发现：(1)当以TMS、TEGDME、DMSO、DMA为有机溶剂与LiTFSI为锂盐配制电解液以及以LiTFSI、LiNO_3、LiOTf、LiClO4为锂盐与TMS为溶剂配制电解液时,LiTFSI-TMS电解液体系锂空气电池循环性能最佳,能在0.1mA/cm~2电流密度下稳定循环高达120圈。同时该电解液具有5.5V的最宽电化学窗口以及7.44mg/L的最高溶氧量,这使得LiTFSI-TMS电解液体系具有较高的研究价值。但是,该电解液粘度较高、电导率较低,阻碍电池内氧气与离子的传输；与锂负极的化学相容性相对较差,会与锂负极发生一定的副反应,进而影响电池循环性能。因此,须对LiTFSI-TMS电解液进行优化配制,提高该体系电池循环性能的同时降低粘度、提高电导率以及提高其与锂负极的化学相容性。(2) LiNO_3在与锂负极接触时会发生化学反应生成稳定的SEI膜,进而保护锂负极,有效减缓电解液与锂负极之间副反应的发生。将LiNO_3以0.4M的浓度加入LiTFSI-TMS电解液中,结果发现LiNO_3的添加对锂空气电池充放电反应机理无明显影响。虽然向LiTFSI-TMS电解液中添加LiNO_3会提高电解液粘度以及阻抗提高,并降低其氧化电位,但是该电解液体系锂空气电池在保持高循环性能的同时具有较低的首圈充放电过电势。与此同时,LiNO_3会与锂负极发生化学反应并在锂负极表面形成更稳定的SEI膜,有效提高了电解液与锂负极的化学相容性。(3)FTBA作为溶氧添加剂加入至PC/EC电解液中能有效提高电解液中溶氧量,进而提高电池容量以及循环性能。将FTBA以0.5wt%的比例加入LiTFSI-TMS电解液中,结果表明FTBA的添加在不改变锂空气电池充放电反应机理的同时提高了电解液的溶氧量以及电导率,降低电解液粘度以及电池的首圈充放电过电势与电荷转移阻抗。但是FTBA促进电池反应动力学的发生的同时会使得电解液与锂负极的化学相容性下降,进而导致电池循环性能降低。(4)将FTBA作为溶氧添加剂以0.5wt%的比例以及LiNO_3作为成膜添加剂以0.4M的浓度协同加入LiTFSI-TMS电解液中,对其基础性能以及电化学性能羞行了研究。研究表明,得益于FTBA的溶氧机制与LiNO_3的成膜机制,LiTFSI-TMS电解液与锂负极的化学相容性、电化学稳定性、电导率以及溶氧量等均取得一定提高。同时,该体系下电池稳定循环150圈的情况下不改变电池充放电反应机理并抑制充电副产物的生成。综合而言,FTBA与LiNO_3的协同作用使得电解液性能以及电池循环性能均得到明显改善。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.41;O646

【相似文献】