学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

新型离子液体电解质的合成及在锂二次电池中的应用研究

作　者: 房少华
导　师: 杨立
学　校: 上海交通大学
专　业: 应用化学
关键词: 离子液体电解质不对称锍阳离子胍阳离子含功能团胍阳离子锂二次电池
分类号: TM912
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 357次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

离子液体具有一系列独特的性质,包括不易挥发、不易燃、好的热稳定性、好的化学和电化学稳定性和高的离子电导率,众多研究者对其都产生了浓厚的兴趣。在本论文中,首先制备了不对称三烷基锍类、胍类和含功能团胍类三大系列新型离子液体,并研究了这些离子液体的物理及电化学性质,包括熔点、热稳定性、粘度、电导率和电化学窗口;又将两种胍阳离子离子液体和一种含醚基功能团胍阳离子离子液体作为新型电解质应用于锂二次电池中。制备出9种新的二(三氟甲基磺酰)亚胺不对称三烷基锍阳离子离子液体,并对它们的物理及电化学性能进行了研究。所有离子液体在室温下都为液态,在这些憎水性离子液体中,部分离子液体显示出低粘度和低熔点的特性。S223TFSI、S221TFSI和S123TFSI在25℃时粘度分别为33、36和39 mPa s。离子液体粘度与温度的关系在所研究的温度范围内(25-80℃)符合Arrhenius模型。离子液体的热分解温度在275-315℃的范围之内轻微地变化;它们的电化学稳定性和热稳定性使其有希望成为可应用在电化学器件中的电解质。制备出16种新的以二(三氟甲基磺酰)亚胺为阴离子的小尺寸胍阳离子离子液体,并对它们的物理及电化学性能进行了研究。离子液体的热分解温度在380-425℃的范围之内轻微地变化。其中12种离子液体在室温下都为液态,cg12TFSI、cg22TFSI和cg13TFSI在25℃时粘度分别为46、45和52 mPa s。12种离子液体的粘度、电导率与温度的关系在所研究的温度范围内(25-80℃)符合VTF模型。9种阳离子不含环状结构的离子液体与三种阳离子中含环状结构的离子液体相比,具有更好的电化学稳定性;1g23TFSI和1g33TFSI的电化学窗口最宽,其值为4.3 V(25℃)。合成出8种由含醚基功能团(甲基乙基醚基)或酯基功能团(乙酸甲酯基)的胍阳离子和TFSI-阴离子组成的离子液体,并对它们的物理及电化学性能进行了研究。所有离子液体在室温下都为液态,它们都具有低的熔点。4种含酯基功能团的胍阳离子离子液体的热分解温度在380-425℃的范围之内,明显低于其他4种含醚基功能团的胍阳离子离子液体。cg1(2o1)TFSI和cg2(2o1)TFSI的25℃时粘度分别为46和48 mPa s。离子液体的粘度、电导率与温度的关系在所研究的温度范围内(25-80℃)符合VTF模型。醚基或酯基功能团的引入并没有明显改变胍阳离子离子液体的电化学稳定性,其中1g1ETFSI的电化学窗口最宽(25℃时4.4 V)。两种胍阳离子离子液体(1g13TFSI和1g22TFSI)被选择作为新的电解质应用在锂二次电池中。这两种离子液体的还原电位约为0.7 V vs. Li/Li+,然而在无添加剂的含0.3 mol kg-1 LiTFSI的两种离子液体电解质中,被观察到在镍工作电极表面有锂沉积和溶解。这两种离子液体电解质的Li/LiCoO2电池,在0.2 C的充放电倍率下,具有好的容量和循环性能。随着倍率从0.2 C增加到1.0 C,两种离子液体电解质的放电容量明显降低。一种含醚基功能团的胍阳离子离子液体(1g1(2o1)TFSI)被选择作为新的电解质应用在锂二次电池中。含有不同浓度LiTFSI的离子液体电解质的粘度和电导率被研究。尽管这种离子液体的还原电位约为0.7 V vs. Li/Li+,在不同浓度LiTFSI的离子液体电解质中,被观察到在镍工作电极表面有锂沉积和溶解。利用锂金属对称电池的交流阻抗测试,研究锂金属与离子液体电解质的界面。在0.2 C的充放电倍率下,锂盐的浓度对该离子液体电解质的Li/LiCoO2电池的容量和循环性能有明显的影响。随着倍率从0.2 C增加到1.5 C,离子液体电解质的放电容量降低,含0.75 mol kg-1 LiTFSI的电解质具有较好的倍率性能。

全文目录

摘要  7-10
ABSTRACT  10-17
第一章绪论  17-57
  1.1 离子液体的结构  18-22
    1.1.1 一般离子液体的结构  19-20
    1.1.2 含功能团的离子液体  20
    1.1.3 其他结构的离子液体  20-22
  1.2 离子液体的合成方法  22-24
    1.2.1 直接合成法  22-23
    1.2.2 两步合成法  23
    1.2.3 其他合成方法  23-24
  1.3 离子液体的物理化学性质  24-29
    1.3.1 熔点  24-25
    1.3.2 热稳定性  25-26
    1.3.3 粘度  26-27
    1.3.4 电导率  27
    1.3.5 电化学窗口  27-28
    1.3.6 蒸汽压  28
    1.3.7 溶解性  28-29
    1.3.8 密度  29
  1.4 离子液体电解质在锂二次电池中的应用  29-44
    1.4.1 咪唑类离子液体在锂二次电池中的应用  31-36
    1.4.2 季铵类离子液体在锂二次电池中的应用  36-38
    1.4.3 吡咯和哌啶类离子液体在锂二次电池中的应用  38-41
    1.4.4 季鏻类离子液体在锂二次电池中的应用  41-42
    1.4.5 吡唑类离子液体在锂二次电池中的应用  42-43
    1.4.6 锍类离子液体在锂二次电池中的应用  43
    1.4.7 其他离子液体在锂二次电池中的应用  43-44
  1.5 本论文选题依据和主要研究内容  44-47
  参考文献  47-57
第二章低粘度和低熔点不对称三烷基锍阳离子离子液体电解质  57-75
  2.1 引言  57-58
  2.2 实验部分  58-63
    2.2.1 试剂和原料  58-59
    2.2.2 分析与表征  59-60
    2.2.3 不对称锍阳离子离子液体的合成  60-63
  2.3 结果与讨论  63-71
    2.3.1 不对称三烷基锍阳离子离子液体的热性能  63-65
    2.3.2 不对称三烷基锍阳离子离子液体的粘度  65-69
    2.3.3 不对称三烷基锍阳离子离子液体的电化学性能  69-71
  2.4 本章小结  71-73
  参考文献  73-75
第三章胍阳离子离子液体电解质  75-91
  3.1 引言  75-76
  3.2 实验部分  76-80
    3.2.1 试剂和原料  76
    3.2.2 分析与表征  76-77
    3.2.3 胍阳离子离子液体的合成  77-80
  3.3 结果与讨论  80-87
    3.3.1 胍阳离子离子液体的热性能  80-82
    3.3.2 胍阳离子系列离子液体的粘度  82-84
    3.3.3 胍阳离子离子液体的电化学性能  84-87
  3.4 本章小结  87-89
  参考文献  89-91
第四章含功能团胍阳离子离子液体电解质  91-110
  4.1 引言  91-92
  4.2 实验部分  92-97
    4.2.1 试剂和原料  92
    4.2.2 分析与表征  92-93
    4.2.3 含功能团胍阳离子离子液体的合成  93-97
  4.3 结果与讨论  97-105
    4.3.1 含功能团胍阳离子离子液体的热性能  97-100
    4.3.2 含功能团胍阳离子离子液体的粘度  100-102
    4.3.3 含功能团胍阳离子离子液体的电化学性能  102-105
  4.4 本章小结  105-107
  参考文献  107-110
第五章胍阳离子离子液体电解质在锂二次电池中应用研究  110-123
  5.1 引言  110-111
  5.2 实验部分  111-114
    5.2.1 试剂和原料  111-112
    5.2.2 离子液体电解质表征  112
    5.2.3 实验电池的组装及充放电测试  112-114
  5.3 结果与讨论  114-120
  5.4 本章小结  120-121
  参考文献  121-123
第六章含醚基功能团的胍阳离子离子液体电解质在锂二次电池中应用研究  123-141
  6.1 引言  123-124
  6.2 实验部分  124-126
    6.2.1 试剂和原料  124
    6.2.2 离子液体电解质表征  124-125
    6.2.3 实验电池的组装及充放电测试  125-126
  6.3 结果与讨论  126-137
    6.3.1 电解质的粘度和电导率  126-129
    6.3.2 锂的氧化还原行为  129-132
    6.3.3 电解质与锂的界面  132-134
    6.3.4 Li/LiCoO_2电池充放电性能  134-137
  6.4 本章小结  137-139
  参考文献  139-141
第七章结论  141-145
致谢  145-146
攻读博士期间完成的论文和专利  146-147

新型离子液体电解质的合成及在锂二次电池中的应用研究

内容摘要

全文目录

相似论文