多配体钾二次电池电解液体系的设计与离子溶剂化结构的研究
商用的锂离子电池由于锂资源的短缺和较高的价格在大规模能量存储方面的应用受到了限制。钾的自然资源储量高于锂几个数量级，因此钾离子电池目前正处于研究热点之中，其中钾金属负极由于高的理论比容量（687mAhg?1）而成为钾离子电池最优的负极材料。但是钾金属负极不稳定的电镀与剥离过程及枝晶的生长严重影响了其发展。 因此，本文提出了一种基于四乙二醇二甲醚（G4）和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（TTE）溶剂和双氟磺酰亚胺钾（KFSI）盐的混合电解液。该溶剂体系能够提供一种多位点协同配位方式来调整钾离子的溶剂化结构，同时参与形成稳定且离子电导率高的固体电解质界面（SEI）层，从而促进钾金属电镀与剥离过程的稳定进行，使得表面枝晶的生长受到抑制。通过对称电池表征发现，以混合电解液组装的电池能够稳定充放电循环超过2000h而极化电压几乎无变化。同时，电化学阻抗测试显示其每圈循环后的Rct值能够稳定在2500-2800Ω的小范围内，说明其SEI层极好的稳定性。为了验证混合电解液在新型电池体系中的适用性，我们组装了钾硫电池进行电化学表征。发现其不仅可以稳定钾金属负极，同时还能对硫正极带来的穿梭效应起到抑制作用。本论文针对钾离子的特点和新型电池体系存在的问题提出了一种混合电解液体系，这种选择策略能够为今后此类电池的研究提供一种新的思路与方向。
钾硫电池;穿梭效应;钾金属负极;溶剂化结构;协同配位;无枝晶
北京化工大学
硕士
化学工程
耿建新;张艳朋
2022
中文
TM912
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）