離子液體體系碳微球SEI特性及鈦酸鋰包覆改性研究.pdf

1、鋰鹽/離子液體電解液普遍存在―電極浸潤(rùn)性差‖、―離子液體陽(yáng)離子共嵌‖、―鋰離子傳輸效率低‖等問(wèn)題。適量有機(jī)溶劑的引入將在保證電解液具有一定抗燃安全性的基礎(chǔ)上對(duì)上述問(wèn)題有所改善。本文以六氟磷酸鋰(LiPF6)作為鋰鹽,不同比例的N-甲基-N-丙基哌啶雙(三氟磺酰)亞胺鹽( PP13TFSI)和乙烯碳酸酯-碳酸二乙酯(EC-DEC)作為鋰鹽溶劑,將石墨化碳負(fù)極材料和配制的有機(jī)-離子液體混合電解液(LiPF6-PP13TFSI/EC-DEC)

2、作為研究對(duì)象,對(duì)比研究了 EC-DEC溶劑和碳材料結(jié)構(gòu)對(duì)碳負(fù)極/離子液體電解液相界面膜(SEI膜)特性的影響。同時(shí),針對(duì)碳負(fù)極材料在混合電解液中存在的界面阻抗高,首次不可逆容量大以及循環(huán)、倍率性能差等問(wèn)題,制備了鈦酸鋰(Li4Ti5O12)包覆碳微球(CMB)復(fù)合電極材料(LTO-CMB),表征及探討了它們的電化學(xué)性能及增益機(jī)制。
　　1、碳負(fù)極/離子液體電解液SEI膜特性分析
　　利用 X-射線衍射、透射電鏡、紅外和拉曼光

3、譜等對(duì)比研究了典型離子液體電解液體系中CMB材料表面SEI膜特性。發(fā)現(xiàn):鋰鹽加入PP13TFSI后,部分PP13+發(fā)生了界面分解,形成了―阻塞型‖SEI膜;EC-DEC加入后,在一定程度上降低了電解液粘度,抑制了PP13+的界面反應(yīng),形成的SEI膜相對(duì)較薄,可使CMB表面有效鈍化。
　　2、碳材料結(jié)構(gòu)對(duì)SEI膜特性的影響
　　運(yùn)用循環(huán)伏安對(duì)比有機(jī)-離子液體混合電解液中不同碳材料的電化學(xué)行為;利用掃描電鏡和 X-射線衍射技術(shù)表

4、征不同碳材料的表面和結(jié)構(gòu)特性。結(jié)果表明:相界面反應(yīng)與石墨端面結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。與AG-360、NG-198相比,球形CMB材料端面插入點(diǎn)較為分散、比表面積較大,利于實(shí)現(xiàn)均勻的電極鈍化,表現(xiàn)出了積極的 Li+嵌脫行為和循環(huán)后相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)部結(jié)構(gòu),在離子液體電解液的應(yīng)用中更具優(yōu)勢(shì)。
　　3、鈦酸鋰改性碳負(fù)極的離子液體電池應(yīng)用
　　采用水熱工藝制備了Li4Ti5O12包覆量為2wt.％和5wt.％的復(fù)合電極材料。運(yùn)用循環(huán)伏安和恒電流充放

5、電測(cè)試電化學(xué)性能,運(yùn)用交流阻抗、X-射線衍射和掃描電鏡對(duì)比分析材料結(jié)構(gòu)和表面特性。結(jié)果表明:Li4Ti5O12的包覆有效抑制了 PP13+和 EC-DEC界面反應(yīng),降低了材料首次不可逆容量,并提高了循環(huán)和倍率性能。0.7mol/kg40％PP13TFSI-EC/DEC電解液中,0.05C倍率首次庫(kù)侖效率由62.7％(CMB)分別提高到了63.5％(2wt.％LTO-CMB)、72.5％(5wt.％LTO-CMB)。循環(huán)后5wt.％LTO