可充電鋰空氣電池有機(jī)電解液的研究.pdf

1、鋰空氣電池以其超高的理論能量密度，良好的功率、溫度特性，成為學(xué)術(shù)界研究熱點(diǎn)，是一種潛在可行的超大容量儲電系統(tǒng)。然而在催化劑、放電機(jī)理、多孔空氣電極及電解液等方面的諸多缺陷，尤其是電解液，嚴(yán)重影響了鋰空氣電池的性能與應(yīng)用。由此可見，開發(fā)性能穩(wěn)定的有機(jī)電解液具有重要意義。
　　本文以LiNO3-DMA有機(jī)電解液體系為基礎(chǔ)，通過向其添加溶劑二甲基亞砜(DMSO)、四乙二醇二甲醚(TEGDME)及導(dǎo)電鋰鹽六氟磷酸鋰(LiPF6)、高氯酸鋰

2、(LiClO4)、雙三氟甲基磺亞胺鋰(LiTFSI)，研究分析電解液物化性質(zhì)、恒流充放電及反應(yīng)機(jī)理，得出以下結(jié)論：
　　1.以混合溶劑電解液LiNO3-DMA/DMSO、LiNO3-DMA/TEGDME為研究對象，DMSO的添加可以使鋰負(fù)極形成穩(wěn)定的SEI膜，有效增強(qiáng)了LiNO3-DMA與鋰的化學(xué)兼容性，降低了極化阻抗，因此循環(huán)性能有所提高，截止比容量1000 mAh g-carbon-1，電流密度0.2mA/cm2時，可穩(wěn)定循環(huán)

3、40周。而TEGDME的添加降低了電池極化阻抗，但增大了電解液阻抗、加劇電解液與鋰的氧化，因而循環(huán)性能未得到提升，僅循環(huán)12周便出現(xiàn)了容量衰減，至18周容量衰減超過20％。降低電流密度至0.1mA/cm2，由于 TEGDME的添加降低了體系蒸氣壓，故也能一定程度改善循環(huán)性能，但LiNO3-DMA/DMSO有高于LiNO3-DMA/TEGDME的容量保持率。此外，溶劑的添加對電解液粘度影響較大，高于混合鋰鹽對電解液粘度的影響。SEM及XR

4、D分析表明，LiNO3-DMA和LiNO3-DMA/DMSO放電均生成可循環(huán)產(chǎn)物L(fēng)i2O2，但DMSO中的疏水性甲基抑制了LiNO3-DMA中副產(chǎn)物L(fēng)iOH的生成。此外LiNO3-DMA循環(huán)過程中生成了含S化合物，是導(dǎo)致放電終止的重要原因。
　　2.以混合鋰鹽電解液LiPF6/LiNO3-DMA、LiClO4/LiNO3-DMA、LiTFSI/LiNO3-DMA為研究對象，LiPF6的添加顯著提升了電解液與鋰的化學(xué)穩(wěn)定性，而其他兩

5、種鋰鹽 LiClO4和 LiTFSI則加劇了鋰與電解液的氧化。由于混合鋰鹽的總量均為1mol/L，故混合電解液粘度與LiNO3-DMA相比沒有明顯變化?；旌想娊庖旱碾妼?dǎo)率、極化阻抗均明顯增大，其中電導(dǎo)率提升最為顯著的是 LiPF6/LiNO3-DMA。電流密度0.2mA/cm2時，循環(huán)性能 LiPF6/LiNO3-DMA優(yōu)于 LiNO3-DMA，截止比容量1000 mAh g-carbon-1，穩(wěn)定循環(huán)42周。電流密度為0.1mA/cm

6、2時，LiNO3-DMA和LiPF6/LiNO3-DMA均發(fā)生電池失效，LiClO4和LiTFSI的添加均一定程度的改善了LiNO3-DMA體系的容量保持率，但放電容量較低。對LiPF6/LiNO3-DMA的XRD分析表明，其放電產(chǎn)物為Li2O2，但LiPF6具有較強(qiáng)吸水性，因此生成較多的LiOH。
　　3.基于DMSO和LiPF6對體系LiNO3-DMA均有優(yōu)化作用，因此進(jìn)一步以混合鋰鹽/溶劑有機(jī)電解液LiNO3/LiPF6-D

7、MA/DMSO為研究對象，與單一鋰鹽、單一溶劑電解液的對比。結(jié)果表明，LiNO3/LiPF6-DMA/DMSO粘度大于 LiNO3-DMA，而電導(dǎo)率則高于所有單一溶劑混合單一鋰鹽，電解液阻抗介于 LiNO3-DMSO及LiPF6-DMA之間。當(dāng)以電流密度0.2mA/cm2充放電時循環(huán)次數(shù)雖然少于LiPF6-DMSO，但較LiNO3-DMA有了顯著提高。而以電流密度0.1mA/cm2充放電時，兼具了LiNO3-DMA的高放電容量和LiPF