离子液体用作锂金属电池电解质的研究
随着社会发展对于能源的需求越来越大，作为新一代能量储存装置，锂金属电池受到越来越多的关注。然而，锂金属电池要实现商业化，必须解决锂金属负极表面锂枝晶生长不受控制以及锂金属电池循环时库伦效率低的问题。离子液体在抑制锂枝晶生长方面有较大潜力，主要机理是能够生成稳定的固体电解质界面（SEI）。因此，本文在醚类电解质的基础上加入离子液体来保护锂金属负极，提高锂金属电池的性能。主要研究内容如下： （1）对混合离子液体基电解质进行分子设计，通过阴阳离子协同作用来提高锂金属负极的稳定性和锂金属电池的性能。加入的离子液体中1-苄基-3-甲基咪唑（Bzmim+）阳离子具有较大的空间位阻，可以促进锂离子在原位生成的SEI中的迁移，1-乙基-3-甲基咪唑（Emim+）阳离子具有较高的电导率，可以促进锂离子在液体电解质中的迁移。于此同时，分别来自锂盐和离子液体的双（氟磺酰）酰亚胺（FSI-）和双（三氟甲基磺酰）酰亚胺（TFSI-）的结合能够促进生成稳定的富LiF的SEI层。得益于以上性质，混合离子液体基电解质能够支撑锂金属负极稳定循环1200h，Li||LiFePO4全电池稳定循环超过500圈。 （2）选择N-甲基-N-低聚（环氧乙烷）吡咯烷Pyr1,(2O)7+为离子液体阳离子，TFSI-为阴离子，将合成的Pyr1,(2O)7TFSI作为电解质添加剂，用于高能量密度电池Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）中正负极的保护。离子液体Pyr1,(2O)7TFSI能够促进锂离子的迁移，并且能在NCM811正极表面生成稳定的钝化层，从而防止正极出现结构和晶型的改变，在锂金属负极表面也能够有效地抑制锂枝晶的生长。在Pyr1,(2O)7TFSI的保护下，Li||NCM811电池能够在1C的大电流下稳定循环100圈。
锂金属电池;锂枝晶;锂金属负极;原位生成SEI;离子液体
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
陈晓春
2022
中文
TM912.9
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）