新型锂离子电池用离子液体基电解质制备及其锂离子输运机制研究

基于在锂离子电池用离子液体基电解质研究现状的分析，在本项目中，拟合成多种新型低粘度、高电化学稳定性的离子液体电解质，引入高闪点、低粘度有机溶剂以制备具有高安全性的离子液体与有机溶剂共混电解质，和开发具有新颖结构的离子液体聚合物及离子液体凝胶电解质；研究锂离子在这些电解质中输运能力，深入地探讨各种因素对锂离子输运能力产生作用的机理；并通过锂离子电池的应用研究，系统地探究制约电池性能的关键因素。望通过本项目的研究，为今后继续开发新型的、高锂离子输运能力的、高性能的离子液体基电解质提供必要的实验和理论依据。

按照所计划的研究内容执行本项目。首先，合成了醚基功能化吡唑离子液体、季铵离子液体、三烷基咪唑离子液体和二烷基咪唑离子液体等四个系列共113种新型阳离子结构离子液体；对离子液体的密度、熔点、粘度、电导率、热分解温度和电化学窗口等关键物理化学性质进行表征，并深入分析这些性质与离子液体阳离子结构之间的关系；发现多种低粘度的新型离子液体；选择粘度低的离子液体作为锂离子电池用的电解质，系统性地研究电解质的粘度、电导率、对金属锂的化学稳定性和界面变化、镍工作电极上锂析出溶解行为与离子液体阳离子结构之间的关系；24种醚基功能化离子液体可以作为新的电解质应用在锂离子电池中，并研究电池的循环性能、倍率性能与离子液体阳离子结构之间的联系，发现低粘度醚基功能化离子液体电解质可与LiMn2O4正极具有好的相容性，证明了阳离子的醚基功能化有助于改善锂离子电池的倍率性能。其次，尝试多种高安全性、低粘度有机溶剂与离子液体组成混合电解质，研究了混合电解质的性质和电池性能与电解质成份之间的关系，发现不可燃氟化醚可以与醚基功能化离子液体组成高性能电解质。最后，设计合成出新型含酯基功能团胍阳离子离子液体聚合物，将该离子液体聚合物与锂盐、离子液体和纳米二氧化硅制成聚合物凝胶电解质；该种凝胶电解质可成功应用在锂离子电池中，并具有好的循环性能。