论文摘要
锂离子电池是由正极、负极、隔膜和电解质等部分组成的复杂体系，新型电池材料能否成功应用于锂离子电池，不仅与材料自身的电化学性能有关，电池各组件间的相容性都将影响体系的综合性能。离子液体电解质由于具备一系列优异的电化学性能，成为锂二次电池电解质研究的热点之一。目前，大多数研究集中在新型离子液体的开发、物理化学性质的考察等方面，相容性方面的研究报道不多。就负极材料Li4Ti5O12而言，离子液体与其相容性的研究较少，且多局限在咪唑类离子液体，新型锍类离子液体与Li4Ti5O12（特别是纳米结构）的相容性研究未见报道。本文以无定型的水合二氧化钛为前驱物，通过水热反应法及后续热处理制备了厚度在5 nm以内，宽度200 nm400 nm的Li4Ti5O12纳米片，采用XRD、SEM等方法对材料进行表征，并采用恒流充放电、交流阻抗和循环伏安等测试方法对材料进行电化学性能分析。测试结果表明纳米结构能够明显提高材料的动力学传输性能，材料在1C倍率下首次放电容量为211 mAh/g，循环100次容量仍能保持在162 mAh/g，与材料的理论容量非常接近。研究了Li4Ti5O12纳米片与锍类离子液体电解质的相容性。采用充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学测试方法分别研究了Li4Ti5O12纳米片在0.3M LiTFSIS114TFSI和S221TFSI离子液体电解液中的电化学行为。结果表明Li4Ti5O12纳米片电极材料与S221TFSI有较好的相容性，在1C倍率下，首次放电容量达195 mAh/g，接近传统有机电解液。分别研究三种正极材料LiMn2O4、LiFePO4、LiCoO2与Li4Ti5O12/S221TFSI体系的相容性，考察了不同正极材料及锂盐浓度对体系性能的影响。其中锂盐浓度0.8M, 1C倍率下三种电池体系首次放电容量分别为127 mAh/g、134 mAh/g、139mAh/g, 100次循环后放电容量分别为83 mAh/g、108 mAh/g、136 mAh/g。Li4Ti5O12/0.8M LiTFSI S221TFSI/LiCoO2体系表现出了良好的充放电容量和优异的循环性能，体系相容性最好。进一步研究了充放电倍率对Li4Ti5O12/0.8M LiTFSI S221TFSI/LiCoO2体系性能的影响。随着充放电倍率的增加，放电平台缩短，首次放电容量降低。在1C、2C、4C、8C倍率下，体系首次放电容量为139 mAh/g、115 mAh/g、84 mAh/g、55 mAh/g，进行100次充放电循环后容量分别为136 mAh/g、100 mAh/g、76mAh/g、46 mAh/g，体系表现出良好的循环性能和倍率性能。