本文關(guān)鍵詞：鈉離子電池用離子液體電解液的性能研究

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【摘要】：隨著智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車時(shí)代的到來(lái),研究高能效、環(huán)境友好、資源豐富的儲(chǔ)能材料將是人類進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展社會(huì)的必要條件。目前,鋰離子電池是發(fā)展較為明朗的電池體系,但隨著交通、數(shù)碼等產(chǎn)業(yè)對(duì)鋰離子電池的依賴日益加劇,鋰資源短缺問(wèn)題將會(huì)制約其進(jìn)一步的發(fā)展。鈉與鋰具有類似的性質(zhì),而且鈉的資源豐富,價(jià)格較低廉。鈉離子電池具有安全性能好、價(jià)格優(yōu)廉、比能量高等優(yōu)點(diǎn),其很有可能成為下一代的儲(chǔ)能電池體系。但是同鋰離子電池相似,碳酸酯類的有機(jī)溶劑電解液存在易燃、易揮發(fā)等安全性問(wèn)題,使得電池存在一定的安全隱患。所以,亟需要開(kāi)發(fā)和研究安全無(wú)毒、穩(wěn)定性好電解液。離子液體具有不易燃、不易揮發(fā)、電化學(xué)窗口寬等優(yōu)點(diǎn),用作鈉離子電池的電解液的溶劑,有可能解決電池的安全性問(wèn)題和改善有機(jī)溶劑電解液氧化性低及穩(wěn)定性低等問(wèn)題。本文主要討論了鈉離子電池離子液體電解液,對(duì)離子液體這種新型溶劑的應(yīng)用前景與發(fā)展趨勢(shì)作了適當(dāng)?shù)恼雇?.咪唑類的離子液體EMIBF4、BMIPF6與其他類的離子液體相比,具有粘度小,電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)。將NaBF4溶于EMIBF4中,制備成不同鈉鹽濃度的離子液體電解液。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在室溫下離子液體EMIBF4的電導(dǎo)率可達(dá)11.1mS?cm-1,0.5 mol?L-1 NaBF4/EMIBF4的電導(dǎo)率為8.7 m S?cm-1,60℃時(shí)能達(dá)到27.8mS?cm-1。2.環(huán)丁砜(TMS)具有良好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性,本論文將TMS添加到1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(BMIPF6)中來(lái)提高離子液體對(duì)鈉鹽NaPF6的溶解度,以此達(dá)到改善電解液電導(dǎo)率等電化學(xué)性能。結(jié)果表明,添加后,電解液仍然能保持良好的安全性及熱穩(wěn)定性。其中,TMS的添加量為5%時(shí),將電解液用于Na/Na3V2(PO4)3/C電池,首次放電比容量能達(dá)109.1 mAh?g-1,其倍率性能與循環(huán)性能都得到了改善。3.本論文將N-甲基-N-丁基哌啶雙(三氟甲基磺酰)亞胺鹽(PP14TFSI)作為添加劑添加到0.5mol?L-1NaPF6/PP14TFSI+EC/DEC電解液中,研究了混合電解液的電導(dǎo)率、可燃性、熱穩(wěn)定性及其對(duì)鈉離子正極材料Na3V2(PO4)3/C的電化學(xué)性能的影響。與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑電解液相比,在室溫25℃下,添加20%PP14TFSI的電解液的電導(dǎo)率達(dá)7.83 mS?cm-1,明顯高于有機(jī)溶劑電解液。
【關(guān)鍵詞】：鈉離子電池 離子液體 電解液 安全性 電化學(xué)穩(wěn)定性
【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
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 鈉離子電池電解液12-16
• 1.2.1 鈉離子電池用電解液的基本要求12-13
• 1.2.2 鈉離子電池電解液的分類13
• 1.2.3 鈉離子電池有機(jī)溶劑電解液的組成13-16
• 1.3 離子液體的簡(jiǎn)介16-18
• 1.3.1 離子液體的概念16
• 1.3.2 離子液體的種類16
• 1.3.3 離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)16-18
• 1.4 鈉離子電池用離子液體電解液的研究進(jìn)展18-22
• 1.4.1 鈉離子電池用咪唑類離子液體電解液的研究進(jìn)展18-19
• 1.4.2 鈉離子電池用哌啶類離子液體電解液的研究進(jìn)展19
• 1.4.3 鈉離子電池用吡咯類離子液體電解液的研究進(jìn)展19-21
• 1.4.4 鈉離子電池用無(wú)機(jī)類離子液體電解液的研究進(jìn)展21
• 1.4.5 鈉離子電池用離子液體/有機(jī)溶劑混合電解液的研究進(jìn)展21-22
• 1.5 本論文的選題思路和研究?jī)?nèi)容22-23
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法、原料和儀器23-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料和化學(xué)試劑23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備23-24
• 2.3 樣品制備與電池組裝24
• 2.3.1 離子液體電解液的制備24
• 2.3.2 電極的制備24
• 2.3.3 扣式電池的組裝24
• 2.4 物理性能表征24-26
• 2.4.1 表面形貌分析24-25
• 2.4.2 燃燒試驗(yàn)25
• 2.4.3 熱重分析25-26
• 2.4.4 傅里葉變換紅外光譜分析26
• 2.4.5 量子化學(xué)計(jì)算26
• 2.5 電化學(xué)性能測(cè)試26-30
• 2.5.1 電化學(xué)窗26
• 2.5.2 電導(dǎo)率26-27
• 2.5.3 線性掃描測(cè)試和循環(huán)伏安測(cè)試27
• 2.5.4 電化學(xué)阻抗譜27-28
• 2.5.5 恒流充放電測(cè)試28-30
• 第三章 新型咪唑類NaBF4/EMIBF4離子液體電解液30-42
• 3.1 Na BF4/EMIBF4電解液體系的制備30
• 3.2 樣品的電化學(xué)性能表征30-33
• 3.2.1 電導(dǎo)率30-31
• 3.2.2 電化學(xué)窗31-33
• 3.3 電解液的物化性能表征33-40
• 3.3.1 電解液與隔膜的相容性分析33-35
• 3.3.2 可燃性測(cè)試35-36
• 3.3.3 熱穩(wěn)定性分析36-37
• 3.3.4 傅里葉變換紅外光譜分析37-39
• 3.3.5 量子化學(xué)計(jì)算39-40
• 3.4 本章小結(jié)40-42
• 第4章 咪唑/砜類電解液體系的制備與電池組裝及表征42-49
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分42
• 4.2 離子液體電解液的電化學(xué)性能42-45
• 4.2.1 電導(dǎo)率42-43
• 4.2.2 可燃性實(shí)驗(yàn)43-44
• 4.2.3 量子化學(xué)計(jì)算44-45
• 4.3 咪唑/砜類體系電解液在鈉離子電池中的應(yīng)用45-47
• 4.4 本章小結(jié)47-49
• 第5章 哌啶類離子液體/有機(jī)溶劑混合電解液的制備和性能研究49-55
• 5.1 離子液體、有機(jī)溶劑和混合電解液49-50
• 5.1.1 離子液體PP14TFSI49
• 5.1.2 有機(jī)溶劑49
• 5.1.3 PP14TFSI/有機(jī)溶劑混合電解液配比和制備49-50
• 5.2 PP14TFSI/有機(jī)溶劑混合電解液的物化性能50-52
• 5.2.1 混合電解液的燃燒試驗(yàn)50
• 5.2.2 電化學(xué)穩(wěn)定性50-51
• 5.2.3 混合電解液的電導(dǎo)率51-52
• 5.3 PP14TFSI/有機(jī)溶劑混合電解液對(duì)鈉離子電池正極材料的電化學(xué)性能的影響52-54
• 5.4 本章小結(jié)54-55
• 結(jié)論55-56
• 參考文獻(xiàn)56-61
• 致謝61

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本文編號(hào)：778830