《新型含氟磺酰亚胺阴离子应用于固态聚合物电解质的研究进展资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新型含氟磺酰亚胺阴离子应用于固态聚合物电解质的研究进展资料（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2014/8/26 1 2014.8.28 上海 第三届中国锂电池电解液研讨会2014 新型含氟磺酰亚胺阴离子 应用于固态聚合物电解质的研究进展 周志彬 华中科技大学 LiLi+ + LiLi+ + 负极 正极 负极 正极 电解液 SEI 铝箔铝箔 SPI 电解质的核心作用： 1.离子导电 2.调控 电解质的核心作用： 1.离子导电 2.调控电极/电解液电极/电解液界面界面 2 循环寿命 高低温性能 倍率特性 安全性 SEI and SPI (Solid Permeable Interface)： 1.电解质分别在负极和正极表面分解生成电解质分别在负极和正极表面分解生成(主要在首周充放电时主要
2、在首周充放电时) ，其组成 成分为 ，其组成 成分为动力学产物动力学产物，热力学上不稳定热力学上不稳定 2.其稳定性与阴离子和溶剂种类有关其稳定性与阴离子和溶剂种类有关 锂(离子)电池电解质 华中科技大学 2014/8/26 2 液态LiPF液态LiPF6 6-碳酸酯电解液-碳酸酯电解液 现有锂(离子)电池电解质技术及其关键问题点 LiTFSI/PEO固态电解质LiTFSI/PEO固态电解质 1. 金属Li侧界面稳定性差 2. 成膜加工性差 1. 金属Li侧界面稳定性差 2. 成膜加工性差 1. 热稳定性差，分解产生1. 热稳定性差，分解产生PFPF5 5 2. 易水解产生2. 易水解产生HF
3、HF 2012 Autolib FF F F F F F F 负电荷离域化负电荷离域化 锂盐解离度高锂盐解离度高 耐氧化还原性强耐氧化还原性强 化学稳定性高化学稳定性高 极化性低极化性低 电负性最大电负性最大(3.98) 极化性最低极化性最低 F 9 18.99840 含氟阴离子与锂电池含氟阴离子与锂电池 4 华中科技大学 2014/8/26 3 含氟阴离子与锂电池含氟阴离子与锂电池 5 O B O O O O O O O P O O O O O O O O O O O O 非氟阴离子的非氟阴离子的启示与教训启示与教训 酸酐键酸酐键极易水解极易水解 O比F可极化性大O比F可极化性大 晶格能大，
4、溶解度低晶格能大，溶解度低 电池级锂盐制备难度大电池级锂盐制备难度大 O P O O O F F F F O B O O O F F 代表性全氟阴离子代表性全氟阴离子 6 FAP- F B FC2F5 F FAB- RF S O O N S O O RF LiTFSILiTFSI (R(RF F= CF= CF3 3): Armand (1982); ): Armand (1982); 美国3M美国3M = F): Armand (1995); 日本日本 和和 中国中国 正在产业化正在产业化 华中科技大学 2014/8/26 4 7 Graphite electrodes obtained i
5、n coin-type cell at 60 o oC 代表性新型锂盐的研究代表性新型锂盐的研究 LiFAP, LiBETI和和LiPF6 6的耐高温性能差的耐高温性能差 LiBETI LiFAP LiPF6 6 D. Aurbach, JES, 2003, 150, A445-A454 RF S O O N S O O F BF F RF F 2007-, 在中国 2001 在日本三菱化学 1992 与Hitachi Maxell合作 华中科技大学在锂盐领域的研究基础 (1992-) RF S O O N S O O RfO 代表性全氟阴离子代表性全氟阴离子 华中科技大学 2014/8/26
6、 5 代表性新型锂盐的研究进展(LiFSI pkLiPF6) 代表性新型锂盐的研究进展(LiFNFSI pkLiPF6) LiPFLiPF6 6LiFNFSILiFNFSI PristinePristine After heating under sealed conditions at 85 After heating under sealed conditions at 85 o oC for two weeks C for two weeks After heating under sealed conditions at 85 After heating under sealed co
7、nditions at 85 o oC for two weeks Pristine C for two weeks Pristine Electrolytes: 1 M Li salt in EC/EMC (3:7, v/v)Electrolytes: 1 M Li salt in EC/EMC (3:7, v/v) CF2CF2CF2CF3 S O O N S O O F Li 华中科技大学 2014/8/26 6 11 LiFNFSI改善了高温循环性能改善了高温循环性能 CF2CF2CF2CF3 S O O N S O O F Li Cell：2032 coin Graphite/LiC
8、oO Cell：2032 coin Graphite/LiCoO2 2 Charge/discharge： 0.5/0.2 C Charge/discharge： 0.5/0.2 C 40 60 80 100 120 140 160 020406080100 0 20 40 60 80 100 60 oC Specific capacity LiPF6 LiFNFSI LiPF6-LiFNFSI-1-1 Columbic efficiency (%) Specific capacitymAh g-1 25 oC Columbic efficiency LiPF6 LiFNFSI LiPF6-L
9、iFNFSI-1-1 Cycle number (b) 代表性新型锂盐的研究进展代表性新型锂盐的研究进展 四新型锂盐的国内研制基础 12 LiFNFSI for Li batteryLiFNFSI for Li battery Journal of The Electrochemical Society, 159 (8) A1158-A1164 (2012) 物理所 黄学杰研究员 周思思博士 物理所 黄学杰研究员 周思思博士 Li/LiMnO4 1 M LiFNFSI/DMC-EC (1/1, v/v) 050100 150 200 250 300 350 400 20 40 60 80 10
10、0 120 140 160 180 0 20 40 60 80 100 120 Coulombic Efficiency (%) Cycle number Specific capacity (mAh/g) LiFNFSI 60 oC 0510152025303540 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 20 40 60 80 100 120 Cycle number Specific capacity (mAh/g) LiPF6 60 oC Coulombic Efficiency (%) 华中科技大学 2014/8/26 7 Autolibin Pairs
11、Paris 2012 Li metal polymer battery using LiTFSI/PEO-based polymer electrolyte 固态聚合物锂电池 13 Li/SPE/Li Instability of Li/electrolyte interface Difficulty in process M. C. Borghini, M. Mastragostino, S. Passerini, B. Scrosati, J. Electrochem. Soc., 1995, 142, 2118 LiTFSI/PEO的问题点LiTFSI/PEO的问题点 14 华中科技大学
12、 2014/8/26 8 Improving mechanical strengthStrong plasticizing effect -100-50050100150 -70-60-50-40-30-20 -70-60-50-40-30-20 Tg =36 oC Tm =65 oC LiFSI/PEO (EO/Li + = 20) LiTFSI/PEO (EO/Li + = 20) Endo Tg =44 oC Tg =36 oC Tm =65 oC T / oC Tm1 =40 oC Tm2 =63 oC 0.000.250.500.751.001.251.50 -20 0 20 40
13、60 80 100 Glass transition temperature (oC) Lithium salt concentration (Li+/IM+) LiFSI/PVyMIM-FSI LiTFSI/PVyMIM-TFSI N N n TheFSI-basedlithium salt/polymeric ionic liquids show lower Tgcompared withthose TFSI-based ones PVyMIM LiFSI vs. LiTFSI in PEO-based electrolyte Solid State Ionics 256 (2014) 6
14、167 Electrochimica Acta 133 (2014) 529538 15 FSI TFSI DSC 16 -100-75-50-250255075100125150 -70-60-50-40-30-20 -70-60-50-40-30-20 Hm = 68 J g 1 Tm =63 oC Tg =44 oC First heating Endo Hm = 71 J g 1 Second heating Temperature ( oC) Tg =45 oC Tc = 9 oC Tm =65 oC (a) LiFSI/PEO P?EO?P?EO?20 20LiFSI LiFSIP
15、?EO?P?EO?20 20LiFSI LiFSI 华中科技大学 2014/8/26 9 DSC 17 P?EO?P?EO?20 20LiTFSI LiTFSIP?EO?P?EO?20 20LiTFSI LiTFSI -100-75-50-250255075100125150 -70-60-50-40-30-20 -70-60-50-40-30-20 Tm1 =40 oC Tg =37 oC Tm2 =60 oC Hm = 52 J g 1 First heating Hm = 71 J g 1 Endo Second heating Temperature ( oC) Tg =36 oC T
16、m2 =63 oC (b) LiTFSI/PEO 18 050100150200 0 50 100 150 200 Z“ ( cm 2) Z ( cm 2) 0 day 1 days 3 days 5 days 14 days 30 days (a) LiFSI/PEO Li/P?EO?Li/P?EO?20 20LiTFSI/Li LiTFSI/LiLi/P?EO?Li/P?EO?20 20LiTFSI/Li LiTFSI/Li 050100150200250300350400 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Z“ ( cm2) Z ( cm2) 0 day 1 days 3 days 5 days 14 days 30 days (b) LiTFSI/PEO LiFSI vs. LiTFSI in PEO-based electrolyte Li/P?EO?Li/P?EO?20 20LiFSI/Li LiF
