四氟硼酸離子液體的制備及作為鋰離子電池電解液的應(yīng)用.pdf

1、鋰離子電池有如下優(yōu)點(diǎn)：平臺(tái)工作電壓相對(duì)較高，對(duì)環(huán)境友好污染程度低，比能量密度比較高，循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)衰減小等，因此成為目前主流移動(dòng)設(shè)備的電力來(lái)源。但是由于傳統(tǒng)的鋰離子電池采用的電解液一般為有機(jī)溶劑，易揮發(fā)，在電池反應(yīng)中吸收能量發(fā)生燃燒，給電池帶來(lái)極大的安全隱患。因此，開發(fā)無(wú)毒且安全的新型電解液成為電池領(lǐng)域的重點(diǎn)。離子液體是在常溫下即可保持液體狀態(tài)的完全由離子組成的化合物。它有穩(wěn)定較寬的電化學(xué)窗口，不揮發(fā)，不易燃，電導(dǎo)率高，有望解決鋰離子電池的

2、安全性問題，成為取代傳統(tǒng)的有機(jī)電解液最佳之選。本文合成了兩種離子液體1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽EMIMBF4，1-正丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽BMIMBF4。著重研究了離子液體的物理化學(xué)性能，并從離子液體作為鋰離子電池電解液的角度，研究了與三種正極材料鈷酸鋰 LiCoO2、磷酸鐵鋰 LiFePO4、鎳鈷錳三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的相容性。
　　選用N-甲基咪唑?yàn)樵?，分別采用傳統(tǒng)回流方法和微波合成法合

3、成目標(biāo)離子液體EMIMBF4、BMIMBF4，比較兩者產(chǎn)率。結(jié)果表明當(dāng)微波合成法的投料比為C4H9Br：N-甲基咪唑：KBF4=1.0:1.0:1.6、微波功率240 W、反應(yīng)溫度70℃、反應(yīng)時(shí)間20 min時(shí)，產(chǎn)率最高達(dá)到72％，高于傳統(tǒng)法60%的產(chǎn)率。兩者在常溫下都為液態(tài)，黏度分別為51 mm2/s和123 mm2/s，電導(dǎo)率分別為14.0×10-3 S/cm，3.1×10-3 S/cm，熱重測(cè)試結(jié)果顯示兩者的熱分解溫度分別為323

4、.7℃和325.7℃，測(cè)試EMIMBF4電化學(xué)窗口為4.4 V，BMIMBF4的電化學(xué)窗口為5.3 V。
　　將鋰鹽LiPF6分別以0.5 mol/L、0.8 mol/L、1.0 mol/L的濃度溶解于EMIMBF4，BMIMBF4中，室溫下0.5 mol/L、0.8 mol/L、1.0 mol/L LiPF6+EMIMBF4的電導(dǎo)率分別為9.2 mS/cm、7.8 mS/cm、5.8 mS/cm。0.5 mol/L、0.8 mo

5、l/L、1.0 mol/L LiPF6+BMIMBF4的電導(dǎo)率分別為2.52 mS/cm、2.09 mS/cm、1.4 mS/cm。
　　用鈷酸鋰為正極材料，鋰片為負(fù)極，不同濃度鋰鹽的離子液體加入等體積有機(jī)電解液為電解液組裝半電池并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。有機(jī)電解液組分為等濃度LiPF6+碳酸乙烯酯EC和碳酸二乙酯DEC的混合液（體積比1:1）。0.8 mol/L和1.0 mol/L LiPF6+EMIMBF4（EC+DEC）電解

6、液的首次充電容量分別為98.4 mAh·g-1和95 mAh·g-1。高于鋰鹽濃度為0.5 mol/L時(shí)的68.1 mAh·g-1。50次循環(huán)后容量保持率分別為110%、96.1%和99.8%。0.8 mol/L LiPF6+BMIMBF4（EC+DEC）電解液首次充電比容量為113 mAh·g-1，放電比容量為98.2 mAh·g-1，庫(kù)倫效率為86.9%。循環(huán)50次容量保持率衰減不明顯。綜上實(shí)驗(yàn)，當(dāng)使用0.8 mol/L LiPF6

7、+BMIMBF4（EC+DEC）離子液體做電解液時(shí)，電池的性能最好。
　　以鋰鹽濃度為0.8 mol/L時(shí)的離子液體為電解液，研究離子液體電解液與正極材料鈷酸鋰LiCoO2、磷酸鐵鋰LiFePO4、鎳鈷錳三元正極材料LiN i1/3Co1/3Mn1/3O2的相容性。分析每種正極材料在0.1C、0.5C和1C電流密度下的循環(huán)性能。LiCoO2在這三種正極材料中的表現(xiàn)最差，LiFePO4和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在0.1