1994年，Dahn等報(bào)道了***個水系鋰離子電池，該體系分別使用LiMn2O4和VO2作為正、負(fù)極，以5 mol/L LiNO3和0.001 mol/L LiOH作為電解液，在1.5 V的平均電壓下循環(huán)100次后容量保持率達(dá)到80%。然而，水的電化學(xué)窗口較窄，限制了電極材料的選擇范圍，導(dǎo)致了傳統(tǒng)水系鋰離子電池的能量密度很低。為了進(jìn)一步提高能量密度，2015年，王春生等報(bào)道了寬電位“water in salt”電解液，負(fù)極側(cè)雙三氟甲基磺酰亞胺（TFSI）的還原導(dǎo)致的鈍化作用和正極側(cè)Li+的溶劑化以及TFSI離子的作用，使電化學(xué)窗口擴(kuò)大至3 V，如圖5所示。使用該電解液組裝了2.3 V的水系鋰離子電池并循環(huán)了1000多次，無論在較低（0.15 C）、還是較高（4.5 C）倍率下放電和充電庫侖效率均接近100%。在此研究基礎(chǔ)上，該課題組又使用三（三甲基甲硅烷基）硼酸酯（TMSB）作為添加劑，通過TMSB的電化學(xué)氧化形成陰極電解質(zhì)界面（CEI），使LiCoO2在更高的截止電壓下穩(wěn)定充電/放電，并具有170 mA·h/g的高容量。當(dāng)與Mo6S8陽極配對時(shí)電壓為2.5 V，能量密度達(dá)到120 W·h/kg（1000個循環(huán)），每循環(huán)0.013%的極低容量衰減率。隨后，又有更寬電位的“water in bisalt”電解液被報(bào)道，拓寬了電極材料選擇的范圍。雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的市場運(yùn)用范圍。重慶什么是雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰
PDES-CPE的制備過程示意圖。將四種固體粉末：丁二腈(SN)、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)、二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)和一種合成的單體甲基丙烯酸(2-(((2-氧代-1,3-二氧戊烷基-4-基)甲氧基)甲酰胺基))-乙酯(CUMA)均勻混合得到熔融的前驅(qū)體，加入具有正極、負(fù)極、隔膜的電池中，在60 ℃充分聚合得到含有PDES-CPE的電池。通過截面掃描電鏡圖和能譜圖看出，正極和電解質(zhì)呈現(xiàn)出緊密的接觸，原位聚合的電解質(zhì)可以均勻滲透到工業(yè)水平的正極(70 μm，26 mg/cm2)中，有益于界面阻抗的降低和界面的離子傳輸。根據(jù)PDES-CPE聚合前后的1H核磁共振譜，通過聚合后的單體和殘余單體所對應(yīng)的峰的積分面積計(jì)算，得出PDES-CPE的聚合轉(zhuǎn)化率高達(dá)99.8 %(圖1c)。CUMA中的甲基丙烯酸酯結(jié)構(gòu)在聚合時(shí)具有快速的鏈增長動力學(xué)性能，且其聚合物自由基中間體與SN或鋰鹽之間的鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)較少；另外，CUMA較短的鏈長使得其在鏈增長過程中反應(yīng)活化能較低，決定了PDES-CPE的高聚合轉(zhuǎn)化率?；厥针p三氟甲烷磺酰亞胺鋰價(jià)格合理雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的物性數(shù)據(jù)。
將具備優(yōu)良化學(xué)穩(wěn)定性及高電導(dǎo)率的雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)溶于1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽。(EMIM-TFSI)離子液體中制成LiTFSI-EMIM-TFSI電解液加入環(huán)氧乙烯基酯樹脂(VER)中對其進(jìn)行改性。結(jié)果表明，添加了上述電解液后的鋰離子電解液/環(huán)氧，乙烯基酯樹脂(LiTFSI-EMIM-TFSI/VER)體系可通過FTIR檢測到離子液體的特征吸收峰。隨著電解液含量的增加，LiTFSI-EMIIM-TFSI/VER體系的孔隙率逐漸增大，溝壑與片層結(jié)構(gòu)逐漸增多。這一變化有利于鋰離子的傳導(dǎo)，提高體系的電學(xué)性能，同時(shí)可在一定程度上改善樹脂的塑性和韌性提高LiTFSI-EMIM-TFSI/VER體系的力學(xué)性能。在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電解液含量為40wt%時(shí)，LiTFSI-EMIM-TFSI/VER體系多功能性得以比較好地實(shí)現(xiàn)。
鋰金屬電池是下一代相當(dāng)有前景的高能量密度存儲設(shè)備之一。然而，鋰金屬在循環(huán)過程中產(chǎn)生的枝晶可刺破隔膜，引起電池短路甚至。采用固態(tài)電解質(zhì)代替易燃的液態(tài)電解質(zhì)可從根本上解除鋰金屬電池的安全隱患。其中，聚合物固態(tài)電解質(zhì)具有良好的柔性、優(yōu)異的加工性和電解質(zhì)-電極界面相容性。然而，聚合物電解質(zhì)室溫電導(dǎo)較低、機(jī)械強(qiáng)度較弱，限制了其廣泛應(yīng)用。目前，對聚合物電解質(zhì)的研究多聚焦在提高其離子電導(dǎo)率。離子電導(dǎo)率由固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)對電解質(zhì)厚度和面積進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理計(jì)算得到。不同固態(tài)電解質(zhì)的厚度相差較大，因此，即使電導(dǎo)率相近，厚度的差異導(dǎo)致了鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)中遷移距離的不同，直接影響了全固態(tài)電池電化學(xué)性能和能量密度。近期，華中科技大學(xué)李真教授和黃云輝教授研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種可規(guī)模化制備的超薄柔性聚合物電解質(zhì)。他們利用簡單的溶劑揮發(fā)法將聚環(huán)氧乙烷（PEO）/雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰（LiTFSI）聚合物電解質(zhì)填充至聚乙烯隔膜的孔道內(nèi)，制備了厚度*為μm的超薄復(fù)合聚合物電解質(zhì)。作者采用價(jià)廉易得、高力學(xué)性能、高孔隙率的電池隔膜作為支撐體，保證了超薄固態(tài)電解質(zhì)的力學(xué)強(qiáng)度、防止全固態(tài)電池在組裝、使用過程中發(fā)生內(nèi)短路。雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰用于通過對應(yīng)的三氟甲基磺酸鹽的陰離子置換反應(yīng)制備手性咪唑鎓鹽。
目前商用鋰離子電池通常圍繞有機(jī)電解液構(gòu)建，但是由于有機(jī)體系本征的高揮發(fā)性、易燃等特性使得其存在高加工成本、低安全、非環(huán)境友好等問題。近年來，水系電池采用更溫和的水作為溶劑**增加了電池器件加工便利性，安全性，然而受限于水的低電化學(xué)窗口（1.23V），水系鋰電能量密度不足以與目前有機(jī)體系抗衡， 2015年 “water in salt”概念指出通過高鹽濃度可以大幅度提升水系電解液的電化學(xué)窗口，從而實(shí)現(xiàn)了更高能量密度的水系鋰離子電池器件?！皐ater in salt”電解質(zhì)指的是濃度為 21 M(mol/kg)的 LiTFSI (雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰) 水溶液，即溶質(zhì) LiTFSI 和溶劑水的質(zhì)量比/體積比都遠(yuǎn)大于1，從而得名 water-in-salt（鹽包水）?！皐ater in salt”電解液除了帶給水系電池更好的電化學(xué)性能之外，其背后還存在一系列不同于有機(jī)體系的界面化學(xué)或離子傳導(dǎo)機(jī)制，這些特殊性質(zhì)值得進(jìn)一步挖掘。尤其是在高粘度下其還能保持如此高的電導(dǎo)率，溶劑水對離子傳輸?shù)拇龠M(jìn)作用尚未明確。雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的主要用途?；厥针p三氟甲烷磺酰亞胺鋰價(jià)格合理
雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰：作為鋰電池有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽。重慶什么是雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰
LiTFSI(雙三氟甲烷磺酰亞酰胺鋰)鋰鹽熱穩(wěn)定性優(yōu)異，但通常會腐蝕鋁箔。為解決這一問題，Matsumoto等將LiTFSI鋰鹽濃度提高，配制了1.8mol/LLiTFSIm(EC)∶m(DEC)=3:7電解液，使用鋁工作電極時(shí)其電化學(xué)窗口達(dá)到了4.5V。通過分析得到由于在高濃度電解液中，鋁箔表面形成一層氟化鋰LiF鈍化層，成功抑制了鋁箔的腐蝕。Wang等研究了高濃度的LiN(SO2F)2(LiFSA)/碳酸二甲酯(DMC)電解液體系，其可形成三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，從而在5V電壓條件下有效阻止過渡金屬和鋁的溶解，高電壓石墨C/LiNi0.5Mn1.5O4電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能。在10mol/LLiFSI-DMC高濃度電解液中，由于其可形成含氟量較高的界面保護(hù)層，在充電電壓達(dá)到4.6V時(shí)，經(jīng)過100次循環(huán)后，Li/NMC622電池保持了86%的初始放電容量。高濃度電解液具有高的抗氧化還原性，高載流子密度，可抑制鋁箔腐蝕，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，具有應(yīng)用于高電壓電解液的潛力。然而其也存在不足，如電導(dǎo)率較低、成本較高等，如何提高電導(dǎo)率，降低成本，是推動高濃度電解液實(shí)用化進(jìn)程的關(guān)鍵。重慶什么是雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰
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