现场表面振动光谱法研究锂离子电池电极和离子液体的界面结构

锂离子电池作为21世纪主导电源之一，在近年来迅速发展并被广泛应用。但另一方面，锂离子电池由于采用了易燃易爆的有机电解质，存在热失控甚至爆炸的安全隐患，造成其大型化，高能化的发展瓶颈。使用无可燃性，不挥发的离子液体来替代传统有机电解质是新一代安全锂离子电池发展的重要方向。但目前对锂离子电池电极和离子液体的电化学双电层界面结构尚不清楚。本课题拟通过现场表面振动光谱法来研究离子液体在锂离子电池电极界面的电化学双电层结构。首先对离子液体在电池电极界面的电化学电位窗口和零电荷电势等电化学性质进行确认。其次，对离子液体在电极界面的吸附结构进行原位表面振动光谱研究，并建立离子液体在电池电极上的双电层结构模型。再次，对离子液体在电极表面的氧化还原反应以及固体电解质界面膜的形成机理和组成结构进行剖析。本课题研究成果将为电池电极/离子液体界面建立结构模型，对发展安全锂离子电池具有重要的理论价值。

室温离子液体作为一类完全由离子组成的液态盐，具有优异的电化学性质，为开发安全可靠的电化学能源器件带来新的机会。但目前对离子液体在电极上形成的双电层结构还不清楚，由于其独特的组成结构，水溶液中的GCS双电层模型不再适用。离子液体的电化学双电层结构不仅是离子液体电化学研究的重要基础，同时对开发相关电化学器件具有重要的指导意义。本研究利用电化学界面微分电容测定方法以及现场表面振动光谱技术，包括现场表面增强红外光谱、现场SFG测定对电化学中常用的离子液体在Pt、Au、玻碳以及LiCoO2等电极表面形成的电化学界面双电层结构进行了解析。电化学微分电容曲线测定结果给出了电化学窗口、零电荷电势等重要信息。现场表面振动光谱测定结果则显示出离子液体中的阴阳离子在电极表面随电位变化的吸脱附规律，为提出了电化学双电层界面结构模型打下基础。同时测定结果还表明在离子液体的电化学窗口内，在各种电极表面上离子随电极电位改变而进行的吸脱附具有显著的延迟效应。认识这种离子液体所特有的界面性质无论是对离子液体的基础研究还是应用开发都具有重要的意义。