95适用于锂离子电池的新型离子液体电解液的研究(第十五届全国电化学会议-锂电专场论文集)

适用于锂离子电池的新型离子液体电解液的研究崔闻宇，安茂忠 *杨培霞(哈尔滨工业大学化工学院 ,黑龙江，哈尔滨， 150001， E-mail ： mzan@hit.edu.cn) 离子液体是指全部由离子组成，在室温或相邻温度下呈现液态的物质，又称为室温离子液体（ room temperature ionic liquid ）或室温熔融盐（ room temperature molten salt ） [1] ,其具有不可燃、蒸汽压低、电化学窗口宽、电导率高、无污染等优点 [2-3] ，有望取代传统有机电解液解决锂离子电池安全性问题。本文制备了 1-甲基 -3- 丁基咪唑二 (三氟甲基磺酰 )亚胺 (BMITFSI)/ 二 (三氟甲基磺酰 )亚胺(LiTFSI) 、 1-甲基 -3-乙基咪唑二 (三氟甲基磺酰 )亚胺 (EMITFSI)/LiTFSI 两种新型离子液体电解液，通过对比两种新型电解液的电导率、 电化学窗口、 锂离子迁移数等电化学性质， 优选出 EMITFSI/LiTFSI作为锂离子电池电解液，采用锂离子电池常用正极材料 LiFePO4、 LiCoO 2，负极材料 Li 4Ti 5O12组装了半电池，考察了 “ Li/LiFePO4” 、 “ Li/LiCoO2” 、 “ Li4Ti 5O12/Li ”半电池在该新型电解液中的循环性能，并探讨了锂盐 LiTFSI 浓度对半电池 “ Li/LiFePO4” 、 “ Li/LiCoO2” 、 “ Li4Ti 5O12/Li ” 循环性能的影响。锂盐在锂离子电池电解液中起着提供 Li +，传导电荷的重要作用。在有机电解液体系中，目前最常用的锂盐为 LiPF 6，但是其热稳定性欠佳，在 80℃ 就会发生分解反应。在离子液体电解液中，一般选择与离子液体的阴离子相同的锂盐。故本实验中选择 LiTFSI 作为 EMITFSI 体系电解液的锂盐。图 1为锂离子电池常用的正、负极材料在不同锂盐浓度的新型离子液体电解液中的循环性能。测试结果表明，当 LITFSI 的浓度为 0.8mol/L 时， LiCoO 2、 LiFePO 4以及 Li 4Ti 5O12在新型离子液体电解液中比容量最高，故锂盐 LiTFSI 含量的最佳值为 0.8mol/L 。对比发现，正极材料 LiFePO 4在新型离子液体电解液 EMITFSI+0.8mol/L LiTFSI 中的循环性能优于 LiCoO 2。 LiFePO 4首次放电比容量为 143.51mAh·g -1，经过 20次循环后放电比容量稳定在 147.15 mAh·g -1 ，而正极材料 LiCoO 2的首次放电比容量为109.27 ·g -1 ， 循 环 20次 后 放 电 比 容 量 衰 减 至 79.11 mAh·g -1 。 因 此 ， 与 新 型 离 子 液 体 电 解 液EMITFSI+0.8mol/L LiTFSI 相匹配的正极材料为 LiFePO 4。Li 4Ti 5O12负极在电解液 EMITFSI+0.8mol/L LiTFSI 中具有最高的充电比容量，约为 150mAh·g -1，在电解液 EMITFSI+0.5mol/L LiTFSI 中的比容量最低， 仅有 135mAh·g -1。 在 EMITFSI+0.8mol/L LiTFSI电解液中， 经过 20次循环后， Li 4Ti 5O12完全没有衰减，这表明离子液体 EMITFSI 与 Li 4Ti 5O12负极有很好的相容性，值得进行进一步的研究。0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200153045607590105120Capacity/mAh?g-1Cycle numberEMITFSI+1.0 mol/L LiTFSIEMITFSI+0.8 mol/L LiTFSIEMITFSI+0.5 mol/L LiTFSI(a)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20020406080100120140160180Capacity/mAhg-1Cycle numberEMITFSI+1.0mol/L LiTFSIEMITFSI+0.8mol/L LiTFSIEMITFSI+0.5mol/L LiTFSI(b)0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20020406080100120140160Capacity/mAh?g-1Cycle numberEMITFSI+1.0mol/L LiTFSIEMITFSI+0.8mol/L LiTFSIEMITFSI+0.5mol/L LiTFSI(c)图 1(a)LiCoO 2(b)LiFePO 4、 (c)Li 4Ti 5O12在含有不同浓度 LiTFSI 的离子液体电解液中的循环性能 Fig. 1 Cyclic performance of (a) LiCoO 2、 (b)LiFePO 4、 (c)Li 4Ti 5O 12 in ionic liquids electrolytes with different concentration of LiTFSI. 本研究为黑龙江省自然科学基金 (B2007-05) 资助项目参考文献：Bonhé te P., Dias A. P., Papageorgiou N. Inorg Chem., 1996, 35, 1168. Song Y. N., Yang S. F., Zavalij P. Y . Materials Research Bulletin. 2002, 37, 249.郑洪河 , 刘云伟 , 曲群婷 . 化学通报 , 2007, 11, 834.Reaserch On A Novel Electrolyte of Ionic Liquids Used In Li-ion Batteries CUI Wen-Yu, AN Mao-Zhong*, YANG Pei-Xia (School of Chemical Engineering and Technolygy, Harbin Institute of Technology, Heilongjiang,Harbin 150001 E-mail： mzan@hit.edu.cn)