本文選題：鋰離子電池 + 離子液體�。� 參考：《山東理工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：鋰離子電池有如下優(yōu)點(diǎn):平臺(tái)工作電壓相對(duì)較高,對(duì)環(huán)境友好污染程度低,比能量密度比較高,循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)衰減小等,因此成為目前主流移動(dòng)設(shè)備的電力來(lái)源。但是由于傳統(tǒng)的鋰離子電池采用的電解液一般為有機(jī)溶劑,易揮發(fā),在電池反應(yīng)中吸收能量發(fā)生燃燒,給電池帶來(lái)極大的安全隱患。因此,開(kāi)發(fā)無(wú)毒且安全的新型電解液成為電池領(lǐng)域的重點(diǎn)。離子液體是在常溫下即可保持液體狀態(tài)的完全由離子組成的化合物。它有穩(wěn)定較寬的電化學(xué)窗口,不揮發(fā),不易燃,電導(dǎo)率高,有望解決鋰離子電池的安全性問(wèn)題,成為取代傳統(tǒng)的有機(jī)電解液最佳之選。本文合成了兩種離子液體1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽EMIMBF4,1-正丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽BMIMBF4。著重研究了離子液體的物理化學(xué)性能,并從離子液體作為鋰離子電池電解液的角度,研究了與三種正極材料鈷酸鋰LiCoO2、磷酸鐵鋰LiFePO4、鎳鈷錳三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的相容性。選用N-甲基咪唑?yàn)樵?分別采用傳統(tǒng)回流方法和微波合成法合成目標(biāo)離子液體EMIMBF4、BMIMBF4,比較兩者產(chǎn)率。結(jié)果表明當(dāng)微波合成法的投料比為C4H9Br:N-甲基咪唑:KBF4=1.0:1.0:1.6、微波功率240 W、反應(yīng)溫度70℃、反應(yīng)時(shí)間20 min時(shí),產(chǎn)率最高達(dá)到72%,高于傳統(tǒng)法60%的產(chǎn)率。兩者在常溫下都為液態(tài),黏度分別為51 mm2/s和123 mm2/s,電導(dǎo)率分別為14.0×10-3 S/cm,3.1×10-3 S/cm,熱重測(cè)試結(jié)果顯示兩者的熱分解溫度分別為323.7℃和325.7℃,測(cè)試EMIMBF4電化學(xué)窗口為4.4 V,BMIMBF4的電化學(xué)窗口為5.3 V。將鋰鹽LiPF6分別以0.5 mol/L、0.8 mol/L、1.0 mol/L的濃度溶解于EMIMBF4,BMIMBF4中,室溫下0.5 mol/L、0.8 mol/L、1.0 mol/L LiPF6+EMIMBF4的電導(dǎo)率分別為9.2 mS/cm、7.8 mS/cm、5.8 mS/cm。0.5 mol/L、0.8 mol/L、1.0 mol/L LiPF6+BMIMBF4的電導(dǎo)率分別為2.52 mS/cm、2.09 mS/cm、1.4 mS/cm。用鈷酸鋰為正極材料,鋰片為負(fù)極,不同濃度鋰鹽的離子液體加入等體積有機(jī)電解液為電解液組裝半電池并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。有機(jī)電解液組分為等濃度LiPF6+碳酸乙烯酯EC和碳酸二乙酯DEC的混合液(體積比1:1)。0.8 mol/L和1.0mol/L LiPF6+EMIMBF4(EC+DEC)電解液的首次充電容量分別為98.4 mAh·g-1和95mAh·g-1。高于鋰鹽濃度為0.5 mol/L時(shí)的68.1 mAh·g-1。50次循環(huán)后容量保持率分別為110%、96.1%和99.8%。0.8 mol/L LiPF6+BMIMBF4(EC+DEC)電解液首次充電比容量為113 mAh·g-1,放電比容量為98.2 mAh·g-1,庫(kù)倫效率為86.9%。循環(huán)50次容量保持率衰減不明顯。綜上實(shí)驗(yàn),當(dāng)使用0.8 mol/L LiPF6+BMIMBF4(EC+DEC)離子液體做電解液時(shí),電池的性能最好。以鋰鹽濃度為0.8 mol/L時(shí)的離子液體為電解液,研究離子液體電解液與正極材料鈷酸鋰LiCoO2、磷酸鐵鋰LiFePO4、鎳鈷錳三元正極材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的相容性。分析每種正極材料在0.1C、0.5C和1C電流密度下的循環(huán)性能。LiCoO2在這三種正極材料中的表現(xiàn)最差,LiFePO4和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在0.1C和0.5C電流密度下的電池比容量和循環(huán)性能相差不多。在50次循環(huán)之后,容量幾乎無(wú)衰減,容量保持率在95%以上。當(dāng)電流密度增加到1C時(shí),LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料仍能保持相對(duì)較高的充放電比容量,50次循環(huán)之后容量保持率為93%,表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能和倍率充放電性能。
[Abstract]:Lithium-ion batteries have the following advantages: relatively high working voltage on the platform, low pollution to the environment, higher density than energy density, low cycle time attenuation and so on. Therefore, the lithium ion battery has become the power source of current mainstream mobile devices. However, the electrolyte used in traditional lithium ion batteries is generally organic solvent, volatile and in battery reaction. The development of a new type of non-toxic and safe electrolyte has become the focus of the battery field. The ionic liquid is a completely ionic compound that can maintain the liquid state at normal temperature. It has a wide electrochemical window, nonvolatile, nonflammable and high conductivity. It is hopeful to solve the safety problem of lithium ion batteries and become the best choice to replace the traditional organic electrolyte. In this paper, two kinds of ionic liquids, 1- ethyl -3- methyl imidazole tetrafluorborate, EMIMBF4,1- n-butyl -3- methyl imidazole tetrafluorborate BMIMBF4., have been synthesized to study the physical and chemical properties of ionic liquids, and the ionic liquid is used as lithium. The compatibility of three positive electrode materials, lithium cobalt acid (LiCoO2), lithium iron phosphate (LiFePO4), nickel cobalt and manganese three element material LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, was studied. The target ionic liquid EMIMBF4, BMIMBF4 was synthesized by the traditional reflux method and microwave synthesis method. The results showed that the yield of the ionic liquid was compared. The results showed that the yield was compared. The results showed that the yield was compared. The results showed that the yield was compared. When the ratio of microwave synthesis is C4H9Br:N- methyl imidazole, KBF4=1.0:1.0:1.6, microwave power 240 W, reaction temperature 70 C, and reaction time 20 min, the maximum yield is 72%, higher than that of traditional method 60%, both are liquid at normal temperature, the viscosity is 51 mm2/s and 123 mm2/s respectively, and the conductivity is 14 x 10-3 S/cm, 3.1 * 10-3 S/cm, respectively. The results of the retest showed that the thermal decomposition temperatures of the two were 323.7 and 325.7, the EMIMBF4 electrochemical window was 4.4 V, the electrochemical window of BMIMBF4 was 5.3 V., and the lithium salt LiPF6 was dissolved in EMIMBF4, BMIMBF4, 0.5 mol/L, 0.8 mol/L, and 1 electrical conductivity at room temperature, respectively, 0.5 mol/L, 0.8 mol/L, 1 mol/L. The electrical conductivity of 9.2 mS/cm, 7.8 mS/cm, 5.8 mS/cm.0.5 mol/L, 0.8 mol/L and 1 mol/L LiPF6+BMIMBF4, respectively, is 2.52 mS/cm, 2.09 mS/cm, and 1.4 mS/cm. with lithium cobaltate as positive material, lithium is a negative electrode, and the ionic liquid with different concentration of lithium salt is added to the electrolyte to assemble the half battery and its electrochemical performance is carried out. The organic electrolyte is composed of a mixture of equal concentration of LiPF6+ ethylene carbonate EC and two ethyl carbonate DEC (volume ratio 1:1).0.8 mol/L and 1.0mol/L LiPF6+EMIMBF4 (EC+DEC) electrolyte for the first charge capacity of 98.4 mAh. G-1 and 95mAh. The specific capacity of the first charge of 110%, 96.1% and 99.8%.0.8 mol/L LiPF6+BMIMBF4 (EC+DEC) electrolyte is 113 mAh. G-1, the discharge specific capacity is 98.2 mAh. G-1, and the efficiency of Kulun's efficiency is 86.9%. cycle 50 capacity retention rate attenuation is not obvious. The ionic liquid with lithium salt concentration of 0.8 mol/L was used as the electrolyte to study the compatibility of the ionic liquid electrolyte with the cathode material lithium cobalt acid lithium LiCoO2, the lithium iron phosphate LiFePO4, the nickel cobalt manganese three positive electrode material, and the cyclic properties of each positive material under the 0.1C, 0.5C and 1C current density.LiCoO2 in these three cathode materials. The performance of the material is the worst, LiFePO4 and LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 have little difference in capacity and cycle performance at the current density of 0.1C and 0.5C. After the 50 cycle, the capacity is almost no attenuation and the capacity retention rate is above 95%. When the current density increases to 1C, the LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 three yuan material can still maintain a relatively high charge discharge ratio. Capacity after 50 cycles, the capacity retention rate is 93%, showing good cycling performance and rate charge discharge performance.

【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1826908