本文關(guān)鍵詞： 鋰空氣電池 有機電解液 環(huán)丁砜 添加劑 優(yōu)化　出處：《深圳大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：當(dāng)前,全球面臨能源短缺、環(huán)境污染等問題,鋰空氣電池由于其高的能量密度而受到全世界研究人員的關(guān)注。有機體系鋰空氣電池目前取得廣泛研究,其反應(yīng)機理是放電過程中Li負極與空氣中的氧氣結(jié)合生成Li_2O或者Li_2O_2；充電過程中Li_2O_2或Li_2O分解為Li與O_2。與此同時,鋰空氣電池的發(fā)展受到充放電反應(yīng)過程中正極孔隙堵塞、正極鈍化與分解、電解液分解、鋰負極易腐蝕等問題的制約。電解液問題與正極材料問題是當(dāng)前研究的熱點所在,其中如何提高電池循環(huán)性能的同時提高電解液的穩(wěn)定性是困擾研究人員的難題之一。本文的工作主要集中在鋰空氣電池電解液溶劑、鋰鹽以及添加劑方面的優(yōu)化研究,系統(tǒng)地研究其對電解液物化性質(zhì)及電池性能的影響,旨在找尋一種具有高效穩(wěn)定循環(huán)性能的同時具有良好基礎(chǔ)性能的有機電解液。通過改變電解液溶劑、鋰鹽以及添加劑種類配制出一系列的有機電解液,系統(tǒng)地從其與鋰負極的化學(xué)相容性、粘度、電導(dǎo)率、溶氧量、電化學(xué)穩(wěn)定性、阻抗、恒流充放電循環(huán)等性能分析溶劑、鋰鹽與添加劑對電解液及其鋰空氣電池的影響,并對充放電產(chǎn)物以及反應(yīng)機理進行了探索,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1)當(dāng)以TMS、TEGDME、DMSO、DMA為有機溶劑與LiTFSI為鋰鹽配制電解液以及以LiTFSI、LiNO_3、LiOTf、LiClO4為鋰鹽與TMS為溶劑配制電解液時,LiTFSI-TMS電解液體系鋰空氣電池循環(huán)性能最佳,能在0.1mA/cm~2電流密度下穩(wěn)定循環(huán)高達120圈。同時該電解液具有5.5V的最寬電化學(xué)窗口以及7.44mg/L的最高溶氧量,這使得LiTFSI-TMS電解液體系具有較高的研究價值。但是,該電解液粘度較高、電導(dǎo)率較低,阻礙電池內(nèi)氧氣與離子的傳輸；與鋰負極的化學(xué)相容性相對較差,會與鋰負極發(fā)生一定的副反應(yīng),進而影響電池循環(huán)性能。因此,須對LiTFSI-TMS電解液進行優(yōu)化配制,提高該體系電池循環(huán)性能的同時降低粘度、提高電導(dǎo)率以及提高其與鋰負極的化學(xué)相容性。(2) LiNO_3在與鋰負極接觸時會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成穩(wěn)定的SEI膜,進而保護鋰負極,有效減緩電解液與鋰負極之間副反應(yīng)的發(fā)生。將LiNO_3以0.4M的濃度加入LiTFSI-TMS電解液中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)LiNO_3的添加對鋰空氣電池充放電反應(yīng)機理無明顯影響。雖然向LiTFSI-TMS電解液中添加LiNO_3會提高電解液粘度以及阻抗提高,并降低其氧化電位,但是該電解液體系鋰空氣電池在保持高循環(huán)性能的同時具有較低的首圈充放電過電勢。與此同時,LiNO_3會與鋰負極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并在鋰負極表面形成更穩(wěn)定的SEI膜,有效提高了電解液與鋰負極的化學(xué)相容性。(3)FTBA作為溶氧添加劑加入至PC/EC電解液中能有效提高電解液中溶氧量,進而提高電池容量以及循環(huán)性能。將FTBA以0.5wt%的比例加入LiTFSI-TMS電解液中,結(jié)果表明FTBA的添加在不改變鋰空氣電池充放電反應(yīng)機理的同時提高了電解液的溶氧量以及電導(dǎo)率,降低電解液粘度以及電池的首圈充放電過電勢與電荷轉(zhuǎn)移阻抗。但是FTBA促進電池反應(yīng)動力學(xué)的發(fā)生的同時會使得電解液與鋰負極的化學(xué)相容性下降,進而導(dǎo)致電池循環(huán)性能降低。(4)將FTBA作為溶氧添加劑以0.5wt%的比例以及LiNO_3作為成膜添加劑以0.4M的濃度協(xié)同加入LiTFSI-TMS電解液中,對其基礎(chǔ)性能以及電化學(xué)性能羞行了研究。研究表明,得益于FTBA的溶氧機制與LiNO_3的成膜機制,LiTFSI-TMS電解液與鋰負極的化學(xué)相容性、電化學(xué)穩(wěn)定性、電導(dǎo)率以及溶氧量等均取得一定提高。同時,該體系下電池穩(wěn)定循環(huán)150圈的情況下不改變電池充放電反應(yīng)機理并抑制充電副產(chǎn)物的生成。綜合而言,FTBA與LiNO_3的協(xié)同作用使得電解液性能以及電池循環(huán)性能均得到明顯改善。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.41;O646

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本文編號：1515272