离子液体在电池中的应用

离子液体由于具有热稳定性好、电导率高、电化学窗口宽、不挥发、不燃烧等特点,其作为新一代功能电解质材料在不同电池体系中的应用成为当前研究的热点.本文对离子液体在电池体系中的最新研究进展作了较为全面的阐述,其中着重介绍了本研究团队近年来面向锂二次电池、超级电容器和燃料电池等不同电化学体系应用研究开发的离子液体基功能电解质材...     

离子液体在锂离子电池中的应用研究进展

离子液体具有蒸汽压低、热稳定性好、不易挥发、溶解能力强、环境友好、电化学稳定窗口和液程范围宽等优点,在锂离子电池领域应用前景广泛。本文按照离子液体作为电解质溶剂、与传统电解质复配或与聚合物电解质结合的应用方式,总结其对电池的安全性和热稳定性的影响,并综述了近年来离子液体在锂离子电池电解质中的应用研究进展。     

二次锂电池用离子液体电解质研究

合成了哌啶类离子液体N-甲基-N-丙(丁)基哌啶三氟甲基磺酰亚胺[PP13(4)-TFSI], 并与现在常用的两种离子液体1-丁基-3-甲基-咪唑六氟磷酸(BMIPF₆)及1-丁基-3-甲基-咪唑四氟硼酸(BMIBF₄)进行了各种电化学性能的对比. PP13(4)-TFSI的电化学稳定窗口可以达到5.8 V, 明显大于BMIBF₄ (4.7 V) 以及BMIPF₆ (4.6 V). 而且PP13(4)-TFSI负极极限电位(－0.3 V vs. Li/Li^＋)明显低于BMIPF₆ (0.5 V) 和BMIBF₄ (0.7 V), 有望被使用在以锂金属作为负极的二次锂电池中. 以LiTFSI /PP14-TFSI为电解质溶液测试了Li/LiCoO₂纽扣电池的电化学性能, 在0.05 mA•cm^－2的恒定电流充放电条件下, 电池的比容量可以达到150 mAh•g^－1, 初始循环以后库仑效率接近100%. 交流阻抗测试表明, 电池的阻抗特性稳定, 不存在明显的界面钝化现象.     

锂离子电池LiBF4基液体电解质研究进展

LiBF4基电解质的热稳定性较好,对环境水分不太敏感,有希望发展成为被民用、军事、三航领域微型、储能及动力锂离子电池广泛采用的优秀电解质体系。本文综述了近期在改善LiBF4的电导率、拓宽应用温度范围、促进SEI膜的形成、提高其电解液电导率及与电极材料的相容性等方面所取得的进展,并对其未来发展方向作了展望。     

有机-无机杂化聚离子液体材料制备及其对染料吸附性能的评价

以烯丙基三乙氧基硅烷与1-乙烯基-3-辛基咪唑溴盐离子液体为单体通过自由基聚合及溶胶-凝胶制备了有机-无机杂化聚离子液体材料。通过红外光谱和扫描电镜对所制备的杂化聚离子液体材料进行了表征,并考察了其对柠檬黄、日落黄、苋菜红以及诱惑红等常见染料的吸附性能。研究结果表明:所制备的聚离子液体材料对日落黄和诱惑红具有优异的吸附性能,其吸附容量分别为29.20和86.17 mg/g;当吸附时间为5 min时,该材料对诱惑红和日落黄的吸附分别达到平衡时吸附量的87.5%和72.8%,显示了较快的吸附速率。     

无机纳米粒子在复合聚合物电解质中作用的研究进展

聚合物电解质材料已经成为当前锂离子电池研究领域的热点之一。复合化是有效提高聚合物电解质材料性能的有效手段。本文从纳米粒子掺杂的角度,综述了近年来无机纳米粒子对复合聚合物电解质(CPE)体系的离子电导率、锂离子迁移数的影响,并介绍了四种初步解释了无机纳米粒子在复合聚合物电解质中的作用的机理;讨论了无机纳米粒子对CPE体系/电极界面稳定及相容性的影响;提出了无机纳米粒子掺杂的复合聚合物电解质研究的三个热点方向。     

锂硫电池电解质研究进展

锂硫电池由于其高能量密度(理论高达2600 Wh/kg)、低成本、环境友好等优点而广受关注. 但是锂硫电池仍存在正极活性物质利用率低、循环性能差等问题. 造成这些问题的主要原因是易溶于有机电解液的中间产物聚硫锂Li₂S_n (4≤n≤8)和不溶于有机电解液的硫化锂造成的. 简要介绍了锂硫电池体系的主要问题,并结合本研究小组的研究,对锂硫电池用电解质体系从有机电解液组成、电解液添加剂、聚合物电解质和无机固体电解质等方面进行了详细的综述,最后对电解质的发展前景进行了展望.     

无机钠离子电池固体电解质研究进展

地球上钠资源储量丰富、成本低廉,使得钠电池吸引了越来越多研究者的关注。传统的基于有机溶剂电解液体系的钠电池在安全方面存在不足。固态钠离子电池能够有效解决安全的问题,增加电池的安全性能。固态钠离子电池是一种很有前景的储能方式。钠离子固体电解质主要有Na-β-Al_2O_3、钠超离子导体(NASICON)、硫化物、聚合物以及硼氢化物这几类。无机固体电解质相对于聚合物固体电解质,离子电导率有优势。本文总结了三种常见的无机钠离子固体电解质:Na-β-Al_2O_3、NASICON、硫化物的研究进展,从离子电导率和界面稳定性等方面阐述了近年来的发展。     

咪唑类离子液体用作电解质对燃料电池性能的影响

为优化改善燃料电池的整体性能,在自由电解质燃料电池中,考察了五种咪唑类离子液体用作燃料电池电解质时对燃料电池性能的影响。结果表明,以氢气为燃料时,在相同电流密度下,电路电压和输出功率从高到低依次为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐 > 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐 > 氢氧化钠溶液 >> 氯化-1-丁基-3-甲基咪唑 > 溴化-1-丁基-3-甲基咪唑 > 1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐;以甲烷为燃料时,相同电流密度下,电路电压和输出功率从高到低则依次为溴化-1-丁基-3-甲基咪唑 > 1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐 > 氯化-1-丁基-3-甲基咪唑 > 氢氧化钠溶液> 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐 > 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。以[Bmim]BF₄为氢气燃料电池电解质时,温度升高和离子液体中水含量增加,均会使燃料电池的性能减弱。     

有机-无机杂化一维纳米材料的合成及其二次转化

近十年来,随着纳米科技的发展,有机．无机杂化一维纳米材料的设计合成与应用成为了自然科学领域的研究热点．本文综述了由有机小分子与无机组分杂化而成的一维纳米材料的合成方法,包括水热／溶剂热法、共沉淀法、非水相溶胶凝胶法、模板法、后嵌入法等．并对有机一无机杂化一维纳米材料的二次转化,如通过二次转化获得功能性一维氧化物、碳氮化物、硫属化合物及高分子杂化纳米材料,进行了讨论与展望．     

二次电池用局部高浓度电解质的研究进展与展望

电解质作为二次电池离子传导的重要介质,对于提升二次电池循环稳定性能、安全性能等方面起着至关重要的作用.局部高浓度电解质是指在高浓度电解质中加入"稀释剂",形成盐的局部高浓度状态,既能兼具高浓度电解质的优异特性,又具有低成本和优良润湿性的特点,应用前景非常广阔.近几年,局部高浓度电解质在阻燃锂金属电池、高电压锂电池、低温锂电池、锂硫电池和钠电池等多方面应用广泛,且展现出非常好的使用效果.本综述重点从局部高浓度电解质的功能性应用角度出发,详细阐述了局部高浓度电解质的类型、制备、作用机理及其在不同二次电池中的功能性应用进展和主要研究现状,文末还对局部高浓度电解质的未来可能发展趋势进行了分析与展望.     

Amide-Based Ionic Liquid Electrolytes for Alkali-Metal-Ion Rechargeable Batteries

Ionic liquids (ILs) have a wide variety of applications in energy storage and material production. ILs are composed of only cations and anions, without any molecular solvents, and are generally known as “designer liquids (solvents)” because their physicochemical properties can be tuned by the combination of ionic species. In recent several decades, research and development activities of rechargeable batteries have garnered considerable attention because certain groups of ILs exhibit high electrochemical stability and moderate ionic conductivity, rendering them suitable for application in high-voltage batteries. ILs with amide anions are representative electrolytes and are extensively researched by many research groups, including our group. This paper focuses on amide-based ILs as electrolytes for alkali-metal-ion rechargeable batteries, introducing their history, characteristics, and existing challenges to be addressed.     

锂空气电池非水基电解液的优化与研究进展

锂空气电池是介于燃料电池和锂电池之间的一种新一代高性能绿色二次电池, 其理论比能量高达11140 Wh/kg (Li), 是锂离子电池的6～9倍, 同时具有输出电压稳定、环境友好等优点, 应用前景广阔. 电解液是电池中重要的组成部分, 在决定电池的电化学性能方面起着至关重要的作用. 综述了锂空气电池中有机电解液、离子液体和固态电解质等三种非水基电解质的研究进展, 系统阐述了各电解液不同化学性质(电化学稳定性、离子导电率、极性)、物理性质(如介电常数、黏度、氧气溶解度、吸湿性)和物理化学性质(对阴极材料的浸润能力等)对锂空气电池放电比容量、大电流放电能力和循环性能的影响, 并对其未来的发展方向进行了展望.     

锂电池用嵌段共聚物电解质的研究进展

离子导体嵌段共聚物电解质作为一种固态锂电池导离子材料引起了人们的广泛关注。嵌段共聚物的自组装行为为设计微观尺寸有序结构提供了一种可能。这种有序纳米结构既保证聚合物电解质良好的机械性能,同时又拥有与其它聚合物电解质相当的离子电导率,为进一步组装高性能、易加工的锂电池器件提供了一种可能。本文综述了聚氧化乙烯型嵌段共聚物和单离子型嵌段共聚物,并总结了近期嵌段共聚物电解质的形貌影响离子电导率的实验研究结果,最后评述了嵌段共聚物电解质面临的挑战,并对未来研究进行了展望。     

离子液体凝胶聚合物电解质的三元组分相互作用研究

采用Raman光谱、傅里叶转换红外光谱和X-射线衍射光谱研究N-甲基-N-丙基哌啶双三氟甲磺酸亚胺离子液体（PP13TFSI）和双三氟甲磺酸亚胺锂盐（LiTFSI）对PVDF-HFP聚合物聚合方式的影响,结果表明,PP13TFSI、LiTFSI和PVDF-HFP是共混存在的,同时加入PP13TFSI和LiTFSI会使聚合物的聚合方式由晶体结构转变为无定形结构. 通过对电解质及其各组分的线性扫描伏安曲线和热重曲线分析可知,溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）容易残留在凝胶聚合物电解质（ILGPE）中,这会降低ILGPE的电化学稳定性和热稳定性. 作者对固态LiFePO₄|ILGPE|Li电池的倍率性能进行了研究,实验结果表明其具有较好的倍率性能,当电池倍率由C/10增大至2C,然后再回到C/10时,其容量可以恢复到原来的90.9%左右. 该研究结果对理解PP13TFSI和LiTFSI在ILGPE中的作用机理具有重要的意义.     

Advances in Ordered Architecture Design of Composite Solid Electrolytes for Solid-State Lithium Batteries

Solid electrolyte lithium batteries are the next generation of advanced energy devices. The incorporation of solid electrolytes can significantly improve the safety issue of lithium-ion batteries. Organic-inorganic composite solid electrolytes (CSE) are promising candidates for solid-state batteries, but their application is mainly limited by low ionic conductivity. Many studies have shown that the architecture of ordered inorganic fillers in CSE can act as fast lithium-ion transfer channels by auxiliary means, thus significantly improving the ionic conductivities. This review summarises the recent advances in CSE with different dimensional inorganic fillers. Various effective strategies for the construction of ordered structures in CSE are then presented. The review concludes with an outlook on the future development of CSE. This review aims to provide researchers with an in-depth understanding of how to achieve ordered architectures in CSE for advanced solid state lithium batteries.     

二次钠-空气电池的研究进展

二次钠-空气电池具有高达1600 Wh.kg^-1的理论能量密度、2.3 V的理论放电电压平台和丰富的钠资源等优点,成为近年来的研究热点. 人们对钠-空气电池的研究时间较短,还有大量的问题需要解决. 本文根据近几年对于二次钠-空气电池的初步研究,并结合作者课题组在钠电池研究领域的探索和体会,总结了目前钠-空气电池核心问题的主要研究进展,并对钠-空气电池应用前景进行了展望.