离子液体在锂电池中的应用.pdfVIP

离子液体liquids)也称室温熔融盐,是在室温下完全由阴、阳离子构成

的液态有机盐,具有导电性,分解电压大于常规电解质,在较宽的温度范围内不挥

发和不易燃。把它作为电池和电化学电容器等的电解质,应用前景较好。目前的

应用形式主要为直接用作液态电解质;将其引入聚合物中,复合可得到离子液体聚

合物电解质。

复合的离子液体聚合物电解质电导率高、力学性能较好,由于没有溶剂挥发

和漏液等现象,可以使电池的安全性和稳定性得到提高。离子液体聚合物电解质

作为一类新型聚合物电解质，可在染料敏化光电池、燃料电池、双电层电容器、

锂聚合物电池等方面得到更广泛的应用。[1]

锂离子电池作为二次电池与传统电池相比具有能量密度大、充放电寿命长、

无污染、工作电压高等诸多优异性能。其在小型便携式消费电子产品、通信产品、

军用产品、航空航天设备、电动车辆等方面都具有广泛的应用。由于电池的电解

液多为有机溶液，在使用过程中总有安全性问题存在，特别是作为大功率动力电

源使用，更是如此。离子液体用于锂离子电池主要有三个方面：作为液体电解质、

离子液体-聚合物电解质和在单体分子中引入离子液体结构。

1.1离子液体作为液态电解质

早在1994年，Carlin等[2]就将氯铝酸类离子液体用于锂电池研究，研究表

明用[EMIm]Cl/AlCl3（氯化1，2—二甲基—3—丙基咪唑）/AlCl3作为二次锂电

池的电解质，其中以[DMPIm]AlCl4为电解质，石墨电极为阴阳极的电池开路电

压达到3.5V，库仑效率为85%,但电解质不稳定。若将苯磺酰氯作为添加剂加入

[EMIm]Cl/AlCl电解液体系中，有效消除了电解液中的AlCl-，提高了离子液

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体的化学稳定性和锂电极的可逆性，库仑效率可达90%。由于氯铝酸类离子液体

在空气中不稳定，长时间使用时，电解液中所需的锂离子浓度难以保证，限制了

氯铝酸类离子液体的使用。非氯铝酸类离子液体用于锂电池的电解质可根据离子

液体阴阳离子主要分为两类[3]：（1）含二烷基咪唑阳离子的室温离子液体，其

黏度相对较低，电导率较大。但用于锂电池电解液仍然存在一些问题，如在痕量

水的存在下易于与锂电极发生反应等。（2）四季铵盐的阳离子和酰亚胺阴离子组

成的离子液体。

Josip等[4]对含吡唑阳离子的离子液体作为锂离子电池电解液的研究，表明

1-乙基-2-甲基吡唑四氟硼酸盐[EMP]BF4能够与锂反应，在锂表面钝化成膜。

[EMP]BF/LiBF的电化学窗口为4.4V，0.18mol/LLiAsF/[EMP]BF电解液体系

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在Li/LiMnO电池中充放电循环效率可达到95%以上。Sakaebe等[5]研究了

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[EMIm]NTf、[TMPA]NTf、[P13]NTf、[PP13]NTf等室温离子液体作为锂电

2222

-3

将[PP13]NTf2加入锂盐后，黏度增大，电导率由1.51×10S/cm降低到了

-3

0.51×10S/cm。将[EMIm]NTf、[TMPA]NTf、[P13]NTf、[PP13]NTf用于电

2222

极为Li和LiCoO2的锂电池中，其容量-充放电性能结果表明，[EMIm]NTf2作为

电解质时表现出了相对较差的电池性能，其充放电曲线中电压平台为3.9V，放

电速率为C/10。在第一次循环中，有超过30%的电池容量损失掉了，而在

[TMPA]NTf2