离子液体-无机颗粒杂化电解质在二次电池中的研究进展

doi:10.6023/A18060248

化学学报 ›› 2018, Vol. 76 ›› Issue (10): 749-756.DOI: 10.6023/A18060248 上一篇下一篇

综述

离子液体-无机颗粒杂化电解质在二次电池中的研究进展

邱华玉^a, 赵井文^b, 周新红^a, 崔光磊^b

a 青岛科技大学化学与分子工程学院青岛 266042;
b 中国科学院青岛生物能源与过程研究所青岛市储能产业技术研究院青岛 266101

投稿日期:2018-06-27 发布日期:2018-07-27
通讯作者: 赵井文, 周新红, 崔光磊 E-mail:zhaojw@qibebt.ac.cn;zxhhx2008@163.com;cuigl@qibebt.ac.cn
作者简介:邱华玉,青岛科技大学化学与分子工程学院和中国科学院青岛生物能源与过程研究所联合培养硕士生.主要从事二次电池有机-无机杂化电解质及低成本电池体系研究;赵井文,副研究员,2015年于北京化工大学获得化学博士学位,2014年赴牛津大学进行博士生联合培养学习,2015年7月起于中国科学院青岛生物能源与过程研究所工作.主要从事新型低成本多电子储能体系的研究,作为负责人和主要参与者承担国家自然科学青年基金及青岛市源头计划等多项科研项目;周新红,青岛科技大学副教授,硕士生导师,2005年毕业于清华大学化学系,获理学博士学位,师从佟振合院士.目前主要从事于能源化学、材料和新型能源器件的研究.主要的研究方向为高能量密度锂离子电池中的新材料研究和太阳能电池及其光伏器件的研究.
基金资助:
项目受国家自然科学基金（Nos.21601195，51625204，21671196）、青岛市应用基础研究计划（No.17-1-1-30-jch）及青岛市太阳能与储能技术重点实验室资助.

Research Progress of Ionic Liquid-Inorganic Particle Hybrid Electrolytes in Secondary Batteries

Qiu Huayu^a, Zhao Jingwen^b, Zhou Xinhong^a, Cui Guanglei^b

a Qingdao University of Science & Technology, College of Chemistry and Molecular Engineering, Qingdao 266042;
b Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao Industrial Energy Storage Technology Institute, Qingdao 266101

Received:2018-06-27 Published:2018-07-27
Contact: 10.6023/A18060248 E-mail:zhaojw@qibebt.ac.cn;zxhhx2008@163.com;cuigl@qibebt.ac.cn
Supported by:
Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 21601195, 51625204, 21671196), the Qingdao Science and Technology Program (No. 17-1-1-30-jch) and the Qingdao Key Lab of Solar Energy Utilization & Energy Storage Technology.

文章分享

摘要/Abstract

高性能电解质是制备高能量密度、长循环寿命、良好安全性二次电池的关键材料之一.然而，传统的有机以及水系电解质，由于诸多限制（例如，电位窗口窄、离子电导率低、枝晶、"胀气"和腐蚀等）已不能满足安全、高效二次电池的发展需求.近年来，离子液体-纳米颗粒杂化电解质（IL-NPHE）体系由于具有高稳定、不可燃及多种协同特性而备受关注.专注于IL-NPHE研究的最新进展，对此类电解质体系的物化特性及电化学性能进行了归纳.同时，系统总结了离子液体和无机颗粒之间的协同作用机理.基于上述评述，展望了IL-NPHE的未来发展趋势和方向.

关键词: 无机纳米粒子, 离子液体, 杂化电解质, 二次电池

High-performance electrolyte is one of the key materials for achieving secondary batteries with high energy density, long cycle life and good safety. Traditional organic and aqueous systems, however, due to many restrictions (such as narrow potential window, low ionic conductivity, dendrite, gas expansion and corrosion, etc.), are unable to meet the demand of the further development for secondary batteries. In recent years, ionic liquid-inorganic particle hybrid electrolytes (IL-NPHE) have attracted much attention due to their high stabilities, non-combustibilities and various synergistic characteristics. This paper focuses on the latest research progress of IL-NPHE, and summarizes the physicochemical and electrochemical properties of this electrolyte system. Additionally, the synergistic mechanism between ionic liquid and inorganic particles is systematically summarized. Based on the above discussion, the future development trend and direction of IL-NPHE are prospected.

Key words: inorganic nanoparticles, ionic liquid, hybrid electrolyte, secondary battery

引用此文

邱华玉, 赵井文, 周新红, 崔光磊. 离子液体-无机颗粒杂化电解质在二次电池中的研究进展[J]. 化学学报, 2018, 76(10): 749-756.

Qiu Huayu, Zhao Jingwen, Zhou Xinhong, Cui Guanglei. Research Progress of Ionic Liquid-Inorganic Particle Hybrid Electrolytes in Secondary Batteries[J]. Acta Chimica Sinica, 2018, 76(10): 749-756.

导出引用 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

分享此文

参考文献

[1] Suo, L.; Borodin, O.; Gao, T.; Olguin, M.; Ho, J.; Fan, X.; Luo, C.; Wang, C.; Xu, K. Science 2015, 350, 938.
[2] Pan, H.; Shao, Y.; Yan, P.; Cheng, Y.; Han, K. S.; Nie, Z.; Wang, C.; Yang, J.; Li, X.; Bhattacharya, P.; Mueller, K. T.; Liu, J. Nat. Energy 2016, 1, 16039.
[3] Suo, L.; Borodin, O.; Wang, Y.; Rong, X.; Sun, W.; Fan, X.; Xu, S.; Schroeder, M. A.; Cresce, A. V.; Wang, F.; Yang, C.; Hu, Y.-S.; Xu, K.; Wang, C. Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1701189.
[4] Armand, M.; Endres, F.; MacFarlane, D. R.; Ohno, H.; Scrosati, B. Nat. Mater. 2009, 8, 621.
[5] Hallett, J. P.; Welton, T. Chem. Rev. 2011, 111, 3508.
[6] Plechkova, N. V.; Seddon, K. R. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 123.
[7] Scrosati, B.; Hassoun, J.; Sun, Y.-K. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3287.
[8] Xia, L.; Yu, L.-P.; Hu, D.; Chen, Z. Acta Chim. Sinica 2017, 75, 1183. (夏兰, 余林颇, 胡笛, 陈政, 化学学报, 2017, 75, 1183.)
[9] Wang, M.; Ma, R.-G.; Liu, Y.; Chung, C.-Y.; Deng, Y.-H.; Lu, Z.-G. Chin. J. Chem. 2017, 35, 1299.
[10] Scrosati, B.; Garche, J. J. Power Sources 2010, 195, 2419.
[11] Herranz, J.; Garsuch, A.; Gasteiger, H. A. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 19084.
[12] Elia, G. A.; Hassoun, J.; Kwak, W. J.; Sun, Y. K.; Scrosati, B.; Mueller, F.; Bresser, D.; Passerini, S.; Oberhumer, P.; Tsiouvaras, N.; Reiter, J. Nano Lett. 2014, 14, 6572.
[13] Nakamoto, H.; Suzuki, Y.; Shiotsuki, T.; Mizuno, F.; Higashi, S.; Takechi, K.; Asaoka, T.; Nishikoori, H.; Iba, H. J. Power Sources 2013, 243, 19.
[14] Xu, J.-Q.; Yang, J.; NuLi, Y.-N.; Zhang, W.-B. Acta Chim. Sinica 2005, 63, 1733. (许金强, 杨军, 努丽燕娜, 张万斌, 化学学报, 2005, 63, 1733.)
[15] Monti, D.; Jonsson, E.; Rosa Palacin, M.; Johansson, P. J. Power Sources 2014, 245, 630.
[16] Wongittharom, N.; Lee, T.-C.; Wang, C.-H.; Wang, Y.-C.; Chang, J.-K. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 5655.
[17] Li, C.-Y.; Patra, J.; Yang, C.-H.; Tseng, C.-M.; Majumder, S. B.; Dong, Q.-F.; Chang, J.-K. ACS Sustainable Chem. Eng. 2017, 5, 8269.
[18] Yamamoto, T.; Matsumoto, K.; Hagiwara, R.; Nohira, T. J. Phys. Chem. C 2017, 121, 18450.
[19] Fu, L.-J.; Li, N.; Liu, Y.; Wang, W.-G.; Zhu, Y.-S.; Wu, Y.-P. Chin. J. Chem. 2017, 35, 13.
[20] Saito, Y.; Umecky, T.; Niwa, J.; Sakai, T.; Maeda, S. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 11794.
[21] Lu, Y.; Das, S. K.; Moganty, S. S.; Archer, L. A. Adv. Mater. 2012, 24, 4430.
[22] Lu, Y.; Moganty, S. S.; Schaefer, J. L.; Archer, L. A. J. Mater. Chem. 2012, 22, 4066.
[23] Chen, L.; Cros, C.; Castagnet, R.; Hagenmuller, P. Solid State Ionics 1988, 31, 209.
[24] Shimano, S.; Zhou, H.; Honma, I. Chem. Mater. 2007, 19, 5216.
[25] Li, Z.-H.; Jiang, J.; Zhang, H.-P.; Wu, Y.-P. Acta Chim. Sinica 2007, 65, 1333. (李朝晖, 蒋晶, 张汉平, 吴宇平, 化学学报, 2007, 65, 1333.)
[26] Ueno, K.; Hata, K.; Katakabe, T.; Kondoh, M.; Watanabe, M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 9013.
[27] Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Comte, P.; Exnar, I.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1166.
[28] Fukushima, T.; Kosaka, A.; Ishimura, Y.; Yamamoto, T.; Tak-igawa, T.; Ishii, N.; Aida, T. Science 2003, 300, 2072.
[29] Hamm, S. C.; Basuray, S.; Mukherjee, S.; Sengupta, S.; Mathai, J. C.; Baker, G. A.; Gangopadhyay, S. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 792.
[30] Li, M.; Zhu, W.; Zhang, P.; Chao, Y.; He, Q.; Yang, B.; Li, H.; Borisevich, A.; Dai, S. Small 2016, 12, 3535.
[31] Taherkhani, F.; Kiani, S. J. Phys. Chem. C 2017, 121, 24434.
[32] Neouze, M. A.; Le Bideau, J.; Leroux, F.; Vioux, A. Chem. Commun. 2005, 1082.
[33] Litschauer, M.; Neouze, M.-A. J. Mater. Chem. 2008, 18, 640.
[34] Richter, T. V.; Stelzl, F.; Schulz-Gericke, J.; Kerscher, B.; Wuerfel, U.; Niggemann, M.; Ludwigs, S. J. Mater. Chem. 2010, 20, 874.
[35] Neouze, M.-A. J. Mater. Chem. 2010, 20, 9593.
[36] Le Bideau, J.; Viau, L.; Vioux, A. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 907.
[37] Moganty, S. S.; Srivastava, S.; Lu, Y.; Schaefer, J. L.; Rizvi, S. A.; Archer, L. A. Chem. Mater. 2012, 24, 1386.
[38] Li, Y.; Wong, K.-W.; Ng, K.-M. Chem. Commun. 2016, 52, 4369.
[39] Horowitz, A. I.; Panzer, M. J. J. Mater. Chem. 2012, 22, 16534.
[40] Lee, U. H.; Kudo, T.; Honma, I. Chem. Commun. 2009, 3068.
[41] Wu, F.; Chen, N.; Chen, R.; Zhu, Q.; Ban, J.; Li, L. Chem. Mater. 2016, 28, 848.
[42] Moganty, S. S.; Jayaprakash, N.; Nugent, J. L.; Shen, J.; Archer, L. A. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 9158.
[43] Zhao, N.; Liu, Y.; Zhao, X.; Song, H. Nanoscale 2016, 8, 1545.
[44] Deb, D.; Bhattacharya, S. J. Phys. Chem. C 2017, 121, 6962.
[45] Dutta, B.; Deb, D.; Bhattacharya, S. Int. J. Hydrogen Energy 2018, 43, 4081.
[46] Yang, G.; Chanthad, C.; Oh, H.; Ayhan, I. A.; Wang, Q. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 18012.
[47] Li, X.; Zhang, Z.; Yin, K.; Yang, L.; Tachibana, K.; Hirano, S.-I. J. Power Sources 2015, 278, 128.
[48] Wu, F.; Chen, N.; Chen, R.; Wang, L.; Li, L. Nano Energy 2017, 31, 9.
[49] Li, X.; Zhang, Z.; Yang, L.; Tachibana, K.; Hirano, S.-I. J. Power Sources 2015, 293, 831.
[50] Kim, J.-K.; Scheers, J.; Park, T. J.; Kim, Y. ChemSusChem 2015, 8, 636.
[51] Bose, P.; Bhattacharya, S. J. Electrochem. Soc. 2017, 164, H788.
[52] Bose, P.; Bhattacharya, S. Int. J. Hydrogen Energy 2018, 43, 4090.
[53] Galinski, M.; Lewandowski, A.; Stepniak, I. Electrochim. Acta 2006, 51, 5567.
[54] Lewandowski, A.; Swiderska-Mocek, A. J. Power Sources 2009, 194, 601.
[55] Garaga, M. N.; Persson, M.; Yaghini, N.; Martinelli, A. Soft Matter 2016, 12, 2583.
[56] Yuan, J.; Mecerreyes, D.; Antonietti, M. Prog. Polym. Sci. 2013, 38, 1009.
[57] Pont, A.-L.; Marcilla, R.; De Meatza, I.; Grande, H.; Mecerreyes, D. J. Power Sources 2009, 188, 558.
[58] Mecerreyes, D. Prog. Polym. Sci. 2011, 36, 1629.
[59] Fukushima, T.; Kosaka, A.; Yamamoto, Y.; Aimiya, T.; Notazawa, S.; Takigawa, T.; Inabe, T.; Aida, T. Small 2006, 2, 554.
[60] Li, X.; Li, S.; Zhang, Z.; Huang, J.; Yang, L.; Hirano, S.-I. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 13822.
[61] Guyomard-Lack, A.; Abusleme, J.; Soudan, P.; Lestriez, B.; Guyomard, D.; Le Bideau, J. Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1301570.
[62] Deb, D.; Bhattacharya, S. Electrochim. Acta 2017, 245, 430.
[63] Goebel, R.; Hesemann, P.; Weber, J.; Moeller, E.; Friedrich, A.; Beuermann, S.; Taubert, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 3653.
[64] Gupta, A. K.; Verma, Y. L.; Singh, R. K.; Chandra, S. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 1530.
[65] Verma, Y. L.; Tripathi, A. K.; Shalu; Singh, V. K.; Balo, L.; Gupta, H.; Singh, S. K.; Singh, R. K. Mater. Sci. Eng., B 2017, 220, 37.
[66] Korf, K. S.; Lu, Y.; Kambe, Y.; Archer, L. A. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 11866.
[67] Archie, G. E. Trans. Am. Inst. Min., Metall. Pet. Eng. 1942, 146, 54.
[68] Maier, J. Nat. Mater. 2005, 4, 805.
[69] Maier, J. J. Electroceram. 2015, 34, 69.
[70] Wang, H.; Xu, X.-Q.; Shi, J.-F.; Xu, G. Acta Phys.-Chim. Sin. 2007, 29, 525. (王海, 徐雪青, 史继富, 徐刚, 物理化学学报, 2007, 29, 525.)

离子液体-无机颗粒杂化电解质在二次电池中的研究进展

Research Progress of Ionic Liquid-Inorganic Particle Hybrid Electrolytes in Secondary Batteries

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用此文

分享此文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

相关统计

本文评价

[1]	曾少娟, 孙雪琦, 白银鸽, 白璐, 郑爽, 张香平, 张锁江. CO₂捕集分离的功能离子液体及材料研究进展^★[J]. 化学学报, 2023, 81(6): 627-645.
[2]	刘稳, 王昱捷, 杨慧琴, 李成杰, 吴娜, 颜洋. 离子液体非共价诱导制备碳纳米管/石墨烯集流体用于钠金属负极[J]. 化学学报, 2023, 81(10): 1379-1386.
[3]	李晓倩, 张靖, 苏芳芳, 王德超, 姚东东, 郑亚萍. 多孔离子液体的构筑及应用[J]. 化学学报, 2022, 80(6): 848-860.
[4]	薛晓兰, 张洋, 石美瑜, 李天琳, 黄天龙, 戚继球, 委福祥, 隋艳伟, 金钟. 有机电极材料在非水系金属镁二次电池中的研究进展[J]. 化学学报, 2022, 80(12): 1618-1628.
[5]	武文俊, 李玉婷, 冯茜, 丁文星. 钙钛矿双功能钝化剂: 室温离子液体的机械化学制备[J]. 化学学报, 2022, 80(11): 1469-1475.
[6]	王赫男, 张安歌, 张仲, 田洪瑞, 岳倩, 赵雪, 鹿颖, 刘术侠. 基于稀土阳离子和多酸阴离子的系列纯无机离子液体的合成及性质[J]. 化学学报, 2021, 79(7): 920-924.
[7]	李宛飞, 李鑫, 范海燕, 肖建华, 刘倩倩, 程淼, 胡敬, 魏涛, 吴正颖, 凌云, 刘波, 张跃钢. 非亲核镁硫电池电解液的研究进展[J]. 化学学报, 2021, 79(5): 628-640.
[8]	吕玉苗, 陈伟, 王艳磊, 霍锋, 董依慧, 魏莉, 何宏艳. 离子液体二维结构制备及其特性研究进展[J]. 化学学报, 2021, 79(4): 443-458.
[9]	于喆, 张建军, 刘亭亭, 唐犇, 杨晓燕, 周新红, 崔光磊. 二次电池用局部高浓度电解质的研究进展与展望[J]. 化学学报, 2020, 78(2): 114-124.
[10]	彭正康, 丁慧敏, 陈如凡, 高超, 汪成. 共价有机框架在能源存储及转化中的研究进展[J]. 化学学报, 2019, 77(8): 681-689.
[11]	王引航, 李伟, 罗沙, 刘守新, 马春慧, 李坚. 离子液体固载型功能材料的应用研究进展[J]. 化学学报, 2018, 76(2): 85-94.
[12]	刘清朝, 马诗喻, 徐吉静, 李中军, 张新波. 锂-空气二次电池关键材料与器件的设计与制备[J]. 化学学报, 2017, 75(2): 137-146.
[13]	张长欢, 李念武, 姚胡蓉, 刘琳, 殷雅侠, 郭玉国. 具有三维导电网络结构的锡纳米颗粒/石墨烯纳米片复合电极材料的储镁性能研究[J]. 化学学报, 2017, 75(2): 206-211.
[14]	张川, 张鲁嘉, 张洋, 黄和, 胡燚. 基于分子模拟的离子液体修饰Porcine Pancreas脂肪酶催化性能和稳定性的相关研究[J]. 化学学报, 2016, 74(1): 74-80.
[15]	何学侠, 刘富才, 曾庆圣, 刘政 . 二维材料双电层场晶体管的研究[J]. 化学学报, 2015, 73(9): 924-935.