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LiODFB基电解液及其与LiFePO_4-AC/AG-AC超级电容电池电极材料的相容性研究

作　者: 李凡群
导　师: 赖延清；张治安
学　校: 中南大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 锂离子二次电池双电层电容器超级电容电池电解液相容性
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

超级电容电池是一种兼具锂离子二次电池高能量密度和超级电容器高功率密度优点的新型储能器件,在交通运输、移动通讯、信息技术等方面具有极其重要的应用前景,其技术的成功突破将掀起储能器件领域的一场新的革命。电解液作为其核心组成之一,对超级电容电池的容量、内阻、寿命、温度特性、电极—电解液的界面性能等有着重要影响。本论文探索研究了新型导电锂盐LiODFB基电解液体系与LiFePO₄-AC/AG-AC型超级电容电池电极材料的相容性。论文以LiBF₄和H₂C₂O₄为前驱体,SiCl₄为助剂,采用一步合成法结合溶析结晶提纯工艺制备了结晶态锂盐LiODFB。经测算,其产率为80%,杂质含量为0.0371wt%,水含量为1.01ppm,满足电池级导电锂盐对杂质及水分含量的要求,结合FTIR谱图与核磁共振的结果表明合成了品质优良的LiODFB样品。采用热重-差热分析其热稳定性,发现其热分解温度达278.9℃,优于商业化应用最为广泛的LiPF₆。针对LiFePO₄-AC/AG-AC超级电容电池的电极材料,对LiODFB盐进行溶剂优化研究。选择5种物化性能优良的溶剂配置成九种电解液,采用电导率测试确定LiODFB最佳浓度为1.0M;通过恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学测试,研究了不同溶剂体系电解液与LiFePO₄、AG和AC材料的相容性,结果表明EC-PC-DMC溶剂体系与上述电极材料都有着较好的相容性,为九种复合溶剂中综合性能最为优良的溶剂体系。确定溶剂体系后,将LiODFB与LiX复合进行电解质盐的优化研究。将不同比例的LiODFB与LiX配置成四组不同电解液,研究了其与LiFePO₄、AG和AC材料的相容性。实验表明LiODFB中加入一定浓度的LiX不仅提高了LiFePO₄和AG材料的电池特性,同时也提高了AC材料的电容特性。当LiODFB和LiX的浓度分别为0.8M和0.2M时,电解液与LiFePO₄-AC/AG-AC电池电极材料有着较为优良的相容性。采用相同溶剂体系,将LiODFB与性能优良的双电层电容器用电解质盐铵盐进行复合盐的优化探索研究。综合不同电极材料的电化学性能,发现在LiODFB中加入不同浓度的铵盐后,AC材料的电容特性虽然显著提高,但是加入铵盐却对AG电极材料的成膜影响较大,不利于LiFePO₄/AG电池的电池特性发挥。通过上述研究,获得了一种既适合锂离子电池又适合双电层电容器的“双功能”电解液;同时,也初步为LiFePO₄-AC/AG-AC超级电容电池提供了一种与其电极材料相容性相对优良的电解液;其配方为LiODFB-LiX/EC-PC-DMC,其中锂离子浓度为1mol/L。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
第一章研究背景  11-16
  1.1 超级电容电池的概念  11-12
  1.2 超级电容电池的工作原理  12-14
    1.2.1 锂离子二次电池  12
    1.2.2 双电层电容器  12-13
    1.2.3 超级电容电池  13-14
  1.3 超级电容电池的优点和应用前景  14-15
  1.4 课题的研究目的和意义  15-16
第二章文献综述  16-28
  2.1 超级电容电池电极材料研究现状  16-19
    2.1.1 锂离子二次电池电极材料  16-17
    2.1.2 双电层电容器电极材料  17
    2.1.3 超级电容电池电极材料  17-19
  2.2 超级电容电池电解质研究现状  19-26
    2.2.1 锂离子电池电解质的研究现状  20-24
    2.2.2 双电层电容器电解质的研究现状  24-26
    2.2.3 超级电容电池电解质  26
  2.3 超级电容电池电极与电解质的相容性  26-27
  2.4 课题的研究内容和方案  27-28
第三章实验原料、设备及其实验方法  28-35
  3.1 主要实验原料  28
  3.2 主要实验仪器  28-29
  3.3 主要实验方法  29-35
    3.3.1 电池/电容器的组装与制作  29-31
    3.3.2 材料的物化性能表征  31-32
    3.3.3 电化学分析检测  32-35
第四章 LiODFB在不同溶剂体系下与电极材料相容性研究  35-62
  4.1 引言  35
  4.2 实验  35-38
    4.2.1 LiODFB合成与提纯  35-36
    4.2.2 LiODFB结构与热稳定性表征  36
    4.2.3 LiODFB基电解液的配制及电导率测试  36-37
    4.2.4 LiFePO_4/Li半电池的组装与电化学性能测试  37-38
    4.2.5 AG/Li半电池的组装与电化学性能测试  38
    4.2.6 LiFePO_4/AG电池的组装与电化学性能测试  38
    4.2.7 AC双电层电容器的组装与电化学性能测试  38
  4.3 结果与讨论  38-60
    4.3.1 LiODFB杂质含量、结构与热稳定性  38-41
    4.3.2 溶剂组成与LiODFB浓度对电解液电导率的影响  41-43
    4.3.3 LiODFB基电解液与LiFePO_4电极相容性  43-46
    4.3.4 LiODFB基电解液与AG电极相容性  46-50
    4.3.5 LiODFB电解液在063048方形LiFePO_4/AG电池电化学特性  50-55
    4.3.6 LiODFB基电解液与AC双电层电容器相容性  55-60
  4.4 本章小结  60-62
第五章 LiODFB-LiX复合盐电解液与电极材料相容性研究  62-81
  5.1 引言  62
  5.2 实验  62-64
    5.2.1 LiODFB-LiX复合盐电解液的配制及电导率测试  62-63
    5.2.2 LiFePO_4/Li半电池的组装与电化学性能测试  63
    5.2.3 AG/Li半电池的组装与电化学性能测试  63
    5.2.4 LiFePO_4/AG电池的组装与电化学性能测试  63
    5.2.5 AC电容器的组装与电化学性能测试  63-64
  5.3 结果与讨论  64-79
    5.3.1 锂盐组成对电解液电导率的影响  64
    5.3.2 LiODFB-LiX复合盐电解液与LiFePO_4电极相容性  64-67
    5.3.3 LiODFB-LiX复合盐电解液与AG电极相容性  67-70
    5.3.4 LiODFB-LiX基电解液在063048方形磷酸铁锂全电池的电化学特性  70-75
    5.3.5 LiODFB-LiX基电解液与AC双电层电容器相容性  75-79
  5.4 本章小结  79-81
第六章 LiODFB-铵盐复合盐电解液与电极材料相容性研究  81-97
  6.1 引言  81
  6.2 实验  81-82
    6.2.1 LiODFB-铵盐A复合盐电解液的配制及电导率测试  81-82
    6.2.2 LiFePO_4/Li半电池的组装与电化学性能测试  82
    6.2.3 AG/Li半电池的组装与电化学性能测试  82
    6.2.4 LiFePO_4/AG电池的组装与电化学性能测试  82
    6.2.5 AC双电层电容器的组装与电化学性能测试  82
  6.3 结果与讨论  82-96
    6.3.1 铵盐A浓度对电解液电导率的影响  82-83
    6.3.2 LiODFB-铵盐A基电解液与LiFePO_4电极相容性  83-86
    6.3.3 LiODFB-铵盐A基电解液与AG电极相容性  86-88
    6.3.4 LiODFB-铵盐A基电解液在磷酸铁锂电池的电化学特性  88-92
    6.3.5 LiODFB-铵盐A基电解液与AC双电层电容器相容性  92-96
  6.4 本章小结  96-97
第七章结论与展望  97-99
  7.1 论文结论  97-98
  7.2 论文展望  98-99
参考文献  99-111
致谢  111-112
攻读硕士学位期间主要研究成果  112

LiODFB基电解液及其与LiFePO_4-AC/AG-AC超级电容电池电极材料的相容性研究

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