超级离域磺酰亚胺锂的固态聚合物电解质的制备及性能表征

作     者：李娟 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯文芳

授予年度：2019年

学科分类：0808[工学-电气工程] 081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：金属锂二次电池 金属锂负极 界面相容性 聚合物电解质 (S-(三氟甲基)-N-((三氟甲基磺酰基)亚磺酰)全氟丁基磺酰)亚胺锂 

摘      要：近些年来,含氟磺酰亚胺锂盐因良好的电化学性质而得到广泛研究。超级离域磺酰亚胺阴离子由于其更加离域的负电荷、柔性更高的分子结构、较弱的配位性能,基于该阴离子的导电锂盐应用于固态电解质体系有望获得优异的基础理化及电化学性质,因此对该类锂盐的研究具有重要意义。双(三氟甲基磺酰)亚胺锂/聚氧化乙烯((Li[N(SO2CF3)2],LiTFSI)/PEO)是聚合物电解质(Solid polymer electrolytes,SPEs)体系中研究较为广泛的电解质之一,然而,其存在负极(如金属锂和石墨)界面成膜性差,在高电位区域(3-5 ***/Li+)腐蚀铝箔等缺点,很大程度上限制其在锂(离子)二次电池体系的应用及相关研究。因此,有必要对现有磺酰亚胺阴离子进行结构调整和改进。根据以上理解,本论文从锂盐结构出发,用一个吸电子基团“C4F9SO2N=取代TFSI-结构中的一个O原子,通过不同方法合成了超级离域磺酰亚胺锂盐(S-(三氟甲基)--N((三氟甲基磺酰基)亚磺酰)全氟丁基磺酰)亚胺锂(Li[CF3SO2N=S(=O)(CF3)N(SO2C4F9)];Li[sTNFSI]),并通过核磁共振(NMR)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、高分辨质谱(ESI-MS)对产物结构进行了表征。此外,制备了 Li[sTNFSI]/PEO([EO]/[Li+]=20,摩尔比)SPEs,初步表征了该聚合物电解质的相变行为、电导率(σ)、锂离子迁移数(tLi+)、对金属锂的稳定性等基础理化及电化学性质。结果表明,Li[sTNFSI]/PEO电解质具有更低的玻璃化转变温度(Tg=-39.1 ℃C),明显低于LiTFSI/PEO(Tg=-35.4 ℃C)、适中的电导率(6.84×10-4 S cm-1,80 ℃)、较高的耐氧化性(5.58 ***/Li+),并且与金属锂负极表现出良好的界面相容性(Li Li对称电池稳定循环450 h)。此外,含有Li[sTNFSI]/PEO电解质的Li/LiFePO4电池稳定循环130周,容量保持率高达90%。