用于锂离子电池的新型离子液体电解液的设计与制备基础研究

Investigation of ionic liquids as electrolyte for lithium-ion battery have been attracted great interest due to their high safety and unique electrochemical performance. Ionic liquids containing tetrafluoroborate(BF4-)anion,hexafluorophosphate(PF6-)anion,bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(TFSI) anion， and bis(fluorosulfonyl)imide (FSI)anion have been used mostly as electrolyte solutions. However,these ionic liquids have some drawbacks, such as expensive, poor performance and likely to cause enviromental pollution. A series of new ionic liquids will be designed and synthesized for electrolyte solutions of lithium-ion battery in this project. These new ionic liquids have great potential in the aspects of reduction of cost and improvement of electrochemical performance. Moreover, the results of this project will provide a theoretical basis for further design and synthesis of industrialization ionic liquid electrolyte solutions.

在锂离子电池电解液的研究中，离子液体与锂盐组成的新型电解液体系以其安全性能高、电化学性能优异受到了越来越多的重视。目前在锂离子电池电解液中使用较多的离子液体其阴离子主要为四氟硼酸根(BF4-)、 六氟磷酸根(PF6-)、双三氟甲磺酰亚胺(TFSI)及双氟代磺酰亚胺(FSI)等含氟化合物，该类离子液体存在价格昂贵、使用性能不理想以及容易造成环境污染等缺点。本项目拟设计合成一系列新型无氟碳酸氢根离子液体，并将其应用于锂离子电池电解液中，该类新型离子液体在降低成本、提高电化学性能上具有极大的潜力。本项目的研究也进一步为设计与合成有利于工业化的离子液体型电解液提供理论基础。

为了提高目前商业电解液的使用安全性，改善常用离子液体电解液的环境友好性，本项目设计、合成了一系列无氟离子液体，并测试其用作电解液或混合电解液组分的电化学性能。其中将磷酸铁锂电极材料和碳酸甲酯离子液体电解液组合，通过对其可燃性、恒电流充放电、阻抗及循环性能的测试，证实了该类无氟离子液体电解液具有使用安全性高和电化学性能优异的特点，为低成本、高性能离子液体电解液在商业化的进一步应用奠定了理论基础。将石墨烯电极材料和碳酸氢盐及硫氰酸盐离子液体电解液组合，通过优化离子液体阴阳离子结构、电解液组分、电化学稳定工作窗口等影响因素，获得了高比容量、高能量密度等一系列优异的电化学性能，并在此基础上探索了无氟离子液体电解液与电极材料的作用机制、该类离子液体电解液的热稳定性及其受环境影响的电化学稳定性，为进一步研究离子液体电解液在高温及低温使用环境下的电化学性能提供了理论指导。项目组发表SCI收录论文3篇，EI收录论文3篇，专利授权2项，培养了2名硕士研究生，3名本科生，为新型储能材料研究提供了人才储备。