四氟硼酸离子液体应用于锂离子电池的研究.doc

摘 要

离子液体作为绿色高效的溶剂，如今已成为合成化学研究的热点方向之一。本文在前人的基础上，合成了[Bmim]BF4，并将该离子液体作为锂离子电池电解液应用到锂电池的合成中。本文使用微波法合成离子液体，并对中间体及离子液体性能进行了测试。最后将所得离子液体用作锂离子电池电解液，进行了锂电池电化学窗口测试、电池的常温充放电循环性能测试等。 

测试结果表明，中间体和四氟硼酸离子液体的红外光谱与标准的谱线图基本符合，所以得到的产物较纯；离子液体电导率的测试结果表明随着温度升高，电导率增大；锂电池电化学窗口测试是5.15V，说明锂电池较稳定，适用于做成锂离子电池；受操作条件限制，电池稳定后放电容量仅达到理论值的50%，但循环10次后，容量几乎无衰减。[Bmim]BF4与正极材料相容性较好，但两者略有差别 ，LFP较LCO相容性更优。在锂盐浓度为0.8mol·L-1时，与0.5mol·L-1以及1.0mol·L-1浓度的电解液相比，合成锂电池容量较高，且相容性更好。

关键词：四氟硼酸离子液体，正极材料，锂电池，性能测试

Abstract

Room temperature ionic liquids with its own advantages become one of the hot research direction of synthetic chemistry. We synthesized [Bmim]BF4 on the basis of previous . The ionic liquids used for the synthesis of lithium batteries as lithium-ion battery electrolytes. In this article, we use the microwave method to synthesize ionic liquids, and tested the performance of the intermediate and ionic liquid. Finally, we used it in lithium batteries and tested its performance.

The results show that intermediates and tetrafluoroborate ionic liquids with standard IR spectral figure in line, therefore, the pure product was obtained. Test results showed that the conductivity of the ionic liquid as the temperature increases, the conductivity increases; Lithium electrochemical window test is 5.15V, explain more stable lithium for lithium-ion batteries; By the operating conditions, a stable discharge capacity of the battery reached only 50% of the theoretical value. However, after 10 cycles, the capacity is almost no attenuation. [Bmim]BF4 is good compatibility with the cathode material. LFP is slightly different from LCO, and LFP is better. In the lithium salt concentration of 0.8mol·L-1 , the lithium battery will be higher-capacity and better compatibility, comparing with  0.5mol·L-1and 1mol·L-1.

Keywords: [Bmim]BF4, Cathode material, Lithium batteries, Performance testing

目 录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 - 1 -

1.1 离子液体简述 - 1 -

1.1.1 定义和特点 - 1 -

1.1.2 发展历史 - 2 -

1.1.3 锂离子电池电解质的分类 - 2 -

1.2 离子液体的物理性能 - 3 -

1.3 离子液体的合成 - 4 -

1.4 离子液体应用于电化学 - 4 -

1.5 研究的目的及意义 - 5 -

第二章 实验材料及实验内容 - 7 -

2.1 实验仪器及材料 - 7 -

2.2 实验方案的设计 - 8 -

2.3 四氟硼酸离子液体的制备 - 9 -

2.3.1 中间体的合成 - 9 -

2.3.2 中间体的提纯 - 9 -

2.3.3 四氟硼酸离子液体的合成 - 9 -

2.3.4 四氟硼酸离子液体的提纯 - 9 -

2.4 四氟硼酸离子液体电解液的性能测试 - 10 -

2.4.1 傅里叶红外光谱 - 10 -

2.4.2热稳定性的测试 - 10 -

2.4.3 电导率的测试 - 10 -

2.5 离子液体电解液的制备 - 10 -

2.6 锂电池的制备 - 11 -

2.6.1正极片的制备 - 11 -

2.6.2 裁剪电极片 - 12 -

2.6.3 正极材料含量的计算 - 12 -

2.6.4 隔膜的制作 - 12 -

2.6.5 锂电池组装 - 12 -

2.7 锂电池的性能测试 - 13 -

2.7.1 电化学窗口的测试 - 13 -

2.7.2 电池的常温充放电循环性能的测试 - 13 -

2.4 实验小结 - 14 -

第三章 数据分析和结果讨论 - 15 -

3.1 [Bmim]BF4离子液体的性能研究 - 15 -

3.1.1 中间体[Bmim]Br红外光谱分析 - 16 -

3.1.2 离子液体红外光谱分析 - 17 -

3.1.3 BMImBF4热重测试结果 - 18 -

3.1.3 四氟硼酸离子液体电导率的测试 - 18 -

3.1.4 电化学窗口的测试 - 19 -

3.3 锂电池的性能测试 - 20 -

3.3.1 电池的常温充放电性能的测试 - 20 -

3.3.2 放电循环性能测试 - 22 -

结  论 - 26 -

参考文献 - 27 -

致  谢 - 29 -