發(fā)布時(shí)間：2017-11-03 12:39

  本文關(guān)鍵詞：鋰硫電池用離子液體基功能電解質(zhì)研究

  更多相關(guān)文章： 鋰硫電池 電解質(zhì) 離子液體 二乙二醇二甲醚 三乙二醇二甲醚

【摘要】：鋰硫電池具有能量密度高,硫電極材料來源廣泛、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì),是未來20年內(nèi)最具有發(fā)展?jié)摿Φ碾姵啬茉粗�。但�?現(xiàn)階段鋰硫電池仍然存在著飛梭效應(yīng)、放電產(chǎn)物沉積、鋰枝晶、電解質(zhì)易燃等問題,嚴(yán)重影響到鋰硫電池的電化學(xué)性能,造成了迅速的容量衰減和安全隱患。為解決上述問題,本論文設(shè)計(jì)開發(fā)了離子液體基電解質(zhì)體系,從電解質(zhì)方向著手有效地改善鋰硫電池的電化學(xué)性能和安全性能。本論文以雙(三氟甲基磺酸酰)亞胺鋰(LiTFSI)為鋰鹽,采用哌啶、吡咯烷等離子液體與有機(jī)醚共溶劑以不同比例混合制備系列新型鋰硫電池電解質(zhì)材料,并且對(duì)各電解質(zhì)體系的譜學(xué)性質(zhì)、電化學(xué)性能、熱學(xué)性能以及其在鋰硫電池中的作用機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究,評(píng)價(jià)出性能良好的鋰硫電池用離子液體基功能電解質(zhì)體系,取得了以下階段性成果和進(jìn)展:1、離子液體基鋰硫電池電解質(zhì):本文分別采用N-甲基-N-丁基哌啶雙(三氟甲基磺酸基酰亞胺)(PP14TFSI)和N-甲基-N-丙基吡咯雙(三氟甲基磺酸基酰亞胺)(Pyr13TFSI)離子液體作為基質(zhì),以不同比例復(fù)合二乙二醇二甲醚(DEGDME)有機(jī)共溶劑,合成系列鋰硫電池電解質(zhì)體系。所合成的兩種電解質(zhì)體系都表現(xiàn)出了較高的電導(dǎo)率,在常溫下均可達(dá)到鋰硫電池的應(yīng)用要求。其中,0.5M LiTFSI+Pyr13TFSI/DEGDME(2:1,v:v)電解質(zhì)電導(dǎo)率達(dá)到了4.12210-3Scm-1(25℃),鋰離子遷移數(shù)為0.2。此外,兩種離子液體基電解質(zhì)體系都表現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性,熱分解溫度分別為87.3℃、90.4℃,高于鋰硫電池常用DOL/DME電解質(zhì)體系。鋰硫電池電化學(xué)循環(huán)測(cè)試結(jié)果表明電解質(zhì)體系中PP14TFSI和Pyr13TFSI離子液體與DEGDME體積比為2:1時(shí),電池具有良好的循環(huán)性能和倍率性能。其中,含PP14TFSI電解質(zhì)體系的鋰硫電池在0.1C充放電倍率下首周放電容量達(dá)到1042.9mAhg-1,循環(huán)100周后仍然保持在446.5mAhg-1。2、有機(jī)醚共溶劑對(duì)離子液體基電解質(zhì)體系的影響:以Pyr13TFSI離子液體為基質(zhì),分別匹配鏈狀長(zhǎng)度不同的乙二醇二甲醚(DME)、DEGDME、三乙二醇二甲醚(TEGDME)(2:1,v:v)合成鋰硫電池電解質(zhì)體系。熱學(xué)測(cè)試結(jié)果表明隨著有機(jī)醚鏈長(zhǎng)度的增加,電解質(zhì)體系熱分解溫度逐漸升高,分別為88.7℃,90.4℃,135.76℃。電解質(zhì)體系的離子電導(dǎo)率也隨著共溶劑醚鏈長(zhǎng)度的增加而增加。電池充放電測(cè)試結(jié)果顯示,含有LiTFSI-Pyr13TFSI/DME和Li TFSI-Pyr13TFSI/TEGDME電解質(zhì)體系的鋰硫電池具有較好的循環(huán)性能。含TEGDME電解質(zhì)體系的鋰硫電池在0.1C充放電倍率下首周放電容量達(dá)到894.4mAhg-1,循環(huán)100周后仍然保持在556.9mAhg-1。以上研究結(jié)果表明,離子液體/有機(jī)醚共溶劑電解質(zhì)體系可以作為一種新型電解質(zhì)材料應(yīng)用于鋰硫電池中。
【關(guān)鍵詞】：鋰硫電池 電解質(zhì) 離子液體 二乙二醇二甲醚 三乙二醇二甲醚
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-12
• 第1章 緒論12-21
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鋰硫電池的基本原理13-15
• 1.3 鋰硫電池面臨的挑戰(zhàn)15-16
• 1.4 鋰硫電池電解質(zhì)16-19
• 1.4.1 液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)16
• 1.4.2 固態(tài)電解質(zhì)16-17
• 1.4.3 凝膠聚合物電解質(zhì)17-18
• 1.4.4 離子液體電解質(zhì)18-19
• 1.5 研究的背景、思路和主要內(nèi)容19-21
• 1.5.1 研究的背景及思路19-20
• 1.5.2 研究的主要內(nèi)容20-21
• 第2章 實(shí)驗(yàn)藥品、儀器和表征方法21-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品21-22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器22
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法22-24
• 2.3.1 電解液的制備22-23
• 2.3.2 電極的制備23-24
• 2.3.3 扣式電池的組裝24
• 2.4 物化性能表征方法24-26
• 2.4.1 可燃性能表征24
• 2.4.2 熱分析測(cè)試24-25
• 2.4.3 紅外光譜測(cè)試25
• 2.4.4 掃描電子顯微鏡測(cè)試25
• 2.4.5 X射線光電子能譜25-26
• 2.5 電化學(xué)性能表征方法26-29
• 2.5.1 離子電導(dǎo)率測(cè)試26
• 2.5.2 循環(huán)伏安測(cè)試26
• 2.5.3 交流阻抗測(cè)試26-27
• 2.5.4 穩(wěn)態(tài)極化曲線測(cè)試27
• 2.5.5 恒電流充放電測(cè)試27-29
• 第3章 離子液體基鋰硫電池電解質(zhì)29-49
• 3.1 譜學(xué)性能分析29-30
• 3.2 熱學(xué)性能分析30-32
• 3.2.1 可燃性能30-31
• 3.2.2 熱穩(wěn)定性性能31-32
• 3.3 電化學(xué)性能分析32-37
• 3.3.1 鋰離子遷移數(shù)32-35
• 3.3.2 電導(dǎo)率35-37
• 3.4 兩種離子液體基電解質(zhì)體系的電化學(xué)行為37-47
• 3.4.1 循環(huán)伏安曲線37-38
• 3.4.2 首周充放電測(cè)試38-40
• 3.4.3 充放電循環(huán)性能40-42
• 3.4.4 倍率性能42-43
• 3.4.5 電池阻抗譜圖43-45
• 3.4.6 掃描電鏡及XPS分析45-47
• 3.5 本章小結(jié)47-49
• 第4章 有機(jī)醚共溶劑對(duì)離子液體基電解質(zhì)體系的影響49-57
• 4.1 熱穩(wěn)定性49-50
• 4.2 電導(dǎo)率50-52
• 4.3 鋰離子遷移數(shù)52-53
• 4.4 循環(huán)伏安53-54
• 4.5 充放電循環(huán)54-55
• 4.6 交流阻抗及掃描電鏡比較55-56
• 4.7 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-59
• 參考文獻(xiàn)59-67
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文與研究成果清單67-68
• 致謝68

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

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4 徐桂良;多電子反應(yīng)電極材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控和儲(chǔ)鋰性能研究[D];廈門大學(xué);2014年

5 盧松濤;石墨烯改性鋰硫電池正極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

6 袁艷;鋰硫電池硫基正極材料與電解液研究[D];中南大學(xué);2014年

7 李真;碳/硫和碳/硒復(fù)合正極材料的制備與儲(chǔ)鋰性能研究[D];華中科技大學(xué);2014年

8 陳飛彪;鋰硫電池正極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];北京理工大學(xué);2015年

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7 吳元和;鋰硫電池正極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];浙江大學(xué);2014年

8 楊志;鋰硫電池正極材料的制備及電化學(xué)性能的研究[D];蘭州理工大學(xué);2014年

9 馬新周;鋰硫電池硫基復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能[D];吉林大學(xué);2014年

10 徐桂銀;基于多孔碳材料的新型高容量鋰—硫電池正極材料制備及其電化學(xué)性能[D];南京航空航天大學(xué);2014年

本文編號(hào)：1136256