鋰氧電池是未來能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換最有希望的候選者之一,其理論能量密度高于鋰離子電池。研究發(fā)現(xiàn),電解液分解是鋰氧電池循環(huán)性能差的原因之一,最近研究人員發(fā)現(xiàn)使用離子液體可以改善鋰氧電池的循環(huán)穩(wěn)定性。本文采用離子液體（IL）作為電解液的添加劑來改善鋰氧電池性能,主要研究內(nèi)容如下:采用復(fù)分解,親核加成和季銨化反應(yīng)分別制備了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[BMIM]BF₄）、1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽（[BMIM]Br）和氯化芐基三乙銨鹽（TEBA）三種離子液體,對(duì)其制備工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,將產(chǎn)率分別提高到94.4%,93.2%,97.6%。對(duì)三種離子液體進(jìn)行鋰離子電導(dǎo)率測試,發(fā)現(xiàn)[BMIM]BF₄具有最高的離子電導(dǎo)率為5.2×10^-5 S cm^-1。研究了以LiTFSI和Li BF₄為鋰鹽,DMSO/[BMIM]BF₄混合電解液的粘度和離子電導(dǎo)率,粘度隨著鋰鹽濃度和離子液體含量的增大而增大,離子電導(dǎo)率先增大后減小,在鋰鹽濃度為0.5 mol L^-1

【文章來源】：桂林理工大學(xué)廣西壯族自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同體系二次電池的體系能量密度和續(xù)航能力的對(duì)比圖[3]

桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文2質(zhì)氧氣不儲(chǔ)存在電池內(nèi)部而是從空氣中獲得的，金屬鋰的化學(xué)當(dāng)量是3860mAhg-1，因此鋰氧電池的理論比能量高達(dá)11140Whkg-1（Li），是鋰離子電池的6～9倍[3]。且鋰氧電池還具有價(jià)格低廉、無污染、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。因此，如果可以將這種新型高比能量二次鋰氧電池實(shí)用化，在一定程度上能極大的緩解人類目前面臨的環(huán)境污染和能源危機(jī)問題。1.2鋰氧電池工作原理鋰氧電池一般由三個(gè)部分組成：負(fù)極為金屬鋰，正極是高導(dǎo)電的材料，電解液是由溶解了鋰鹽的溶劑組成[1]。如圖1.2所示，根據(jù)電解質(zhì)的狀態(tài)和種類的不同，鋰氧電池可分為以下四類：（1）非水體系；（2）水體系；（3）混合電解質(zhì)體系；（4）固體電解質(zhì)[4]。圖1.2不同體系鋰氧電池組成及工作過程圖，非水體系（a）；水體系（b）；混合體系（c）；固體電解質(zhì)（d）[4]Figure1.2Compositionandworkingprocessdiagramofdifferentsystemsoflithium-oxygenbatteries,nonaqueoussystem(a);aqueoussystem(b);mixedsystem(c);solidelectrolyte(d)[4]按照反應(yīng)機(jī)理的不同，將鋰氧電池分為水系和非水系兩類。非水系鋰氧電池由于具有比水系更高的能量密度，我們把目光主要集中在非水系鋰氧電池上。在非水系鋰氧電池中，放電反應(yīng)按照以下方式進(jìn)行：正極：Li++O2+e-→LiO2（式1.1）

桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文3LiO2+Li++e-→Li2O2(式1.2)2LiO2→Li2O2+O2(式1.3)總反應(yīng):Li+O2→Li2O2(式1.4)負(fù)極：Li-e-→Li+(式1.5)放電時(shí)，負(fù)極金屬鋰失去電子被氧化為Li+（式1.5），Li+經(jīng)過電解液到達(dá)空氣正極，而金屬鋰失去的電子會(huì)經(jīng)過外電路運(yùn)輸?shù)秸龢O。然后在正極處Li+和電子結(jié)合并與O2反應(yīng)生成LiO2（式1.1），LiO2可以通過兩種方式轉(zhuǎn)化為Li2O2：（1）LiO2在電極表面通過電化學(xué)還原為Li2O2[5]（式1.2）；（2）LiO2在電解液中歧化為Li2O2[6]（式1.3）；放電反應(yīng)的總反應(yīng)如式1.4所示。圖1.3鋰氧電池充放電過程原理圖[7]Figure1.3Charge-dischargeschematicdiagramoflithiumoxygenbattery[7]充電時(shí)，在正極Li2O2發(fā)生反應(yīng)生成Li+和O2以實(shí)現(xiàn)電池可逆循環(huán)，負(fù)極鋰離子得到電子生成金屬鋰，該過程為氧析出反應(yīng)(OER)，如圖1.3所示[7]。由于Li2O2有難溶性和電絕緣性等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其在和電極材料接觸時(shí)氧化分解需要較高的充電電位，如果過電位太高會(huì)導(dǎo)致電解液的分解，加劇副反應(yīng)的發(fā)生而導(dǎo)致正極鈍化。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]鋰-空氣電池性能的影響因素及研究進(jìn)展[J]. 顧大明,張傳明,顧碩,張音,王余,強(qiáng)亮生.  化學(xué)學(xué)報(bào). 2012(20)

博士論文
[1]碳納米管陣列及吡咯基離子液體在鋰空氣電池中的應(yīng)用[D]. 李瑜.太原理工大學(xué) 2016

碩士論文
[1]鋰空氣電池電解液作用的機(jī)理研究[D]. 任警.華中科技大學(xué) 2018
[2]鋰空氣電池有機(jī)電解液的優(yōu)化及其性能研究[D]. 劉東.深圳大學(xué) 2015
[3]離子液體的制備及其電化學(xué)性質(zhì)的測定[D]. 王方惠.北京化工大學(xué) 2006



本文編號(hào)：2933375