鋰離子電池具有比能量高,循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn),被應(yīng)用于很多產(chǎn)品。但易燃易爆的有機(jī)電解液使得鋰離子電池存在很嚴(yán)重的安全問題。并且,鋰離子電池的石墨負(fù)極已經(jīng)無法滿足高能量密度的要求,使得電勢負(fù)且比容量高的二次鋰金屬負(fù)極成為研究的熱點(diǎn)。但是,二次鋰金屬負(fù)極表面容易形成鋰枝晶,導(dǎo)致電池短路,此時(shí),若電池體系使用的是有機(jī)電解液,則更容易引發(fā)電池燃燒和爆炸。為了同時(shí)兼顧電池體系的安全性和高比能量,需要研究開發(fā)不可燃,并且與鋰離子電池正極材料以及二次鋰金屬負(fù)極兼容的電解液體系。本論文主要研究一種不可燃的無機(jī)非水電解液LiAlCl4·3SO2在鋰離子電池以及二次鋰金屬電池中的應(yīng)用。對LiAlCl4·3SO2電解液的制備進(jìn)行探索,研究確定LiCl是影響LiAlCl4·3SO2電解液合成的關(guān)鍵因素,在130℃下對LiCl真空干燥48h,是合成LiAlCl4·3SO2電解液的有利條件。對LiAlCl4·3SO2電解液的物理化學(xué)性質(zhì)測試表明,該電解液具有不可燃特性,可以提升電池體系的安全性;并具有較高的離子電導(dǎo)率和鋰離子遷移數(shù),在室溫（20℃）下分別為37.51 mS·cm-1和0.42。但是,LiAlCl4·3... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

部分阻燃添加劑的結(jié)構(gòu)式[8]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-6-有機(jī)添加劑，通常是碳酸亞乙酯（EC）和碳酸亞乙烯酯（VC），來穩(wěn)定和保護(hù)碳材料負(fù)極和離子液體之間的界面，以避免離子液體組分不可逆的反應(yīng)發(fā)生[28,29]。圖1-2用于形成離子液體的陽離子和陰離子的實(shí)例，以及由陰離子結(jié)構(gòu)引起的離子液體親水-疏水性質(zhì)的變化[9]Fig.1-2Examplesofcationsandanionsusedintheformationofionicliquids,togetherwithchangesinhydrophilic–hydrophobicpropertiesassociatedwithaniontype[9]1.3.2.2哌啶類離子液體電解液在被研究的離子液體中，哌啶基離子液體用于鋰離子電池是十分有前景的。因?yàn)檫哙せx子液體具有高達(dá)5.0V（vs.Li+/Li）的寬電化學(xué)窗口，高達(dá)385℃的熱穩(wěn)定性，以及室溫下中等的鋰離子導(dǎo)電率（1.4mS·cm-1）[30-32]�；谶哙せx子液體的這些優(yōu)點(diǎn)，尤其是較高的電化學(xué)窗口，研究者們會(huì)使用哌啶基離子液體和有機(jī)溶劑調(diào)配高壓鋰離子電解液，與LiNi0.5Mn1.5O4[33]，Li1.15(Ni0.36Mn0.64)0.85O2[34]以及Li1.2Ni0.2Mn0.6O2[35]等高壓正極材料匹配制裝配安全高壓鋰離子電池。1.3.2.3吡咯類離子液體電解液吡咯烷鎓陽離子（PYR）和氟磺�；�-（三氟甲磺�；啺罚‵TFSI）[36]或者雙（三氟甲磺�；啺罚═FSI）[37,38]或者雙（氟磺酰基）酰亞胺陰離子（FSI）[39-41]組成的離子液體已經(jīng)作為電解液使用在鋰離子電池中。吡咯基離子液體擁有比咪唑類離子液體更寬的電化學(xué)窗口[38]。但是單獨(dú)使用吡咯基離子液體作為電解液，石墨負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性以及電池的倍率性能較差，并不能夠滿足鋰離子電池的操作需求[42]。所以碳酸酯類傳統(tǒng)有機(jī)電解液[43,44]、亞硫酸乙烯酯（ES）[45]、亞硫酸二甲酯（DMS）[45,46]、碳酸亞乙酯/碳酸二甲酯-5％?

凸?fàn)C宓緗庵實(shí)木?褰峁埂?ono[62]等研究了三種NASICON型電解質(zhì)LiM2(PO4)3(M=Ge，Ti，Hf)，發(fā)現(xiàn)LiTi2(PO4)3顯示出最小的活化能和最高的離子電導(dǎo)率。在NASICON型電解質(zhì)中，LiTi2(PO4)3的骨架是最適合鋰離子擴(kuò)散的骨架；但是由于可燒結(jié)性低，LiTi2(PO4)3的導(dǎo)電率仍然很低。使用三價(jià)離子部分取代M4+離子，得到Li1+xAlxTi2-x(PO4)3，在25℃下離子電導(dǎo)率高于10-4S·cm-1[61]。Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3在25℃時(shí)顯示出最高的離子電導(dǎo)率7×10-4S·cm-1，與其他高鋰離子導(dǎo)電材料相當(dāng)[61]。圖1-3NASICON型固態(tài)電解質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)[61]Fig.1-3CrystalstructureofNASICON-typesolidstateelectrolytes[61]盡管Li1+xAlxTi2-x(PO4)3（LATP）離子電導(dǎo)率高，但是由于Ti4+容易被還原成Ti3+，LATP在2.5V（vs.Li+/Li）會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使其與許多低電位負(fù)極材料（包括鋰金屬）不相容[61,63,64]。鋰金屬或C6Li還原LATP可能在固體電解質(zhì)中引起電子傳導(dǎo)并導(dǎo)致電池短路[61]。1.3.3.2LISICON型固態(tài)電解質(zhì)LISICON是鋰超離子導(dǎo)體：Lithiumsuperionconductor的簡稱。洪等[65]第一次報(bào)道了一種LISICON型固體電解質(zhì)Li14Zn(GeO4)4，這種電解質(zhì)在300℃時(shí)的離子電導(dǎo)率為1.25×10-1S·cm-1。詳細(xì)研究顯示，Li14Zn(GeO4)4在50℃時(shí)離子電導(dǎo)率為2×10-6S·cm-1，在33℃時(shí)為1.3×10-6S·cm-1[66,67]�？偟膩碚f，LISICON型固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率太低而不能用于全固態(tài)電池。1.3.3.3硫化物固態(tài)電解質(zhì)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高安全性鋰電池電解液研究與應(yīng)用[J]. 陳曉霞,劉凱,王保國.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2020(02)
[2]鋰電池磷酸鐵鋰正極材料的結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)性的研究進(jìn)展[J]. 胡江濤,鄭家新,潘鋒.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2019(04)
[3]Recent progress on lithium-ion batteries with high electrochemical performance[J]. Yong Lu,Qiu Zhang,Jun Chen.  Science China（Chemistry）. 2019(05)
[4]Review on Li-insertion/extraction Mechanisms of LiFePO4 Cathode Materials[J]. 吳怡芳,崇少坤,柳永寧,郭生武,白利鋒,李成山.  Chinese Journal of Structural Chemistry. 2018(12)
[5]鋰枝晶的原位觀測及生長機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 沈馨,張睿,程新兵,管超,黃佳琦,張強(qiáng).  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2017(03)
[6]鋰離子電池用離子液體電解質(zhì)的研究[J]. 孫珊珊,安茂忠,崔聞?dòng)?楊培霞.  電源技術(shù). 2010(01)

博士論文
[1]碳酸酯基鋰離子電池電解液超臨界CO2回收及再利用研究[D]. 劉元龍.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]鋰離子電池用離子液體電解質(zhì)的電化學(xué)性能研究[D]. 安永昕.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[3]鋰離子電池用離子液體型電解質(zhì)的制備及其性能研究[D]. 崔聞?dòng)?哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]鋰電池用聚酯型聚氨酯基固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備及性能[D]. 史高健.安徽大學(xué) 2019
[2]鋰離子電池用砜類高電壓電解液的量子化學(xué)計(jì)算及電化學(xué)性能研究[D]. 周航.北京理工大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3490466