【摘 要】
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钾离子电池由于钾资源丰富、能量密度高等特点,是锂离子电池的潜在替代者。电解质作为电池中主要的组分之一,对于电池的电化学性能有着重要影响。因此,研究电解液体系及其组分类型、盐的浓度等因素对钾离子负极材料性能的影响对于钾离子电池未来的商业化进程具有重大意义。本论文以双氟磺酰亚胺钾盐（KFSI）与酯类、醚类溶剂为基础,分别开发了一系列新型电解液,将其应用于基于碳基负极材料及金属氧化物负极材料的钾离子电池
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钾离子电池由于钾资源丰富、能量密度高等特点,是锂离子电池的潜在替代者。电解质作为电池中主要的组分之一,对于电池的电化学性能有着重要影响。因此,研究电解液体系及其组分类型、盐的浓度等因素对钾离子负极材料性能的影响对于钾离子电池未来的商业化进程具有重大意义。本论文以双氟磺酰亚胺钾盐（KFSI）与酯类、醚类溶剂为基础,分别开发了一系列新型电解液,将其应用于基于碳基负极材料及金属氧化物负极材料的钾离子电池中。针对目前钾离子电池负极存在的循环性能差,容量低等问题,系统性地分析盐的浓度、溶剂结构对于负极材料电化学性能的影响,并结合理论计算探讨了电解质界面膜（SEI）的形成机制和钾离子的去溶剂化（des）过程,具体研究内容如下:（1）研究了电解液中KFSI浓度,线性酯类溶剂和醚类溶剂分子链长度对石墨负极性能的影响。研究结果表明,在酯类电解液体系中,KFSI盐浓度的提升能有效改善石墨负极的循环性能。在4 M KFSI/EC+线性酯的电解液体系中,使用支链更长的碳酸甲丁酯（BMC）作为溶剂能使得石墨电极具有更高的可逆比容量及长循环性能,在1 C(1C=280 m A g-1)的电流密度下,石墨电极能稳定循环300圈,并保持265.4 m Ah g-1的可逆容量。通过拉曼（Raman）、红外光谱（FTIR）、X-射线光电子能谱（XPS）和透射电镜（TEM）等表征手段,线性酯类的长度对SEI膜的影响较小,主要是通过影响钾离子的去溶剂化过程来影响石墨负极的电化学性能。此外,KFSI盐浓度的提升也能有效改善石墨负极在醚类电解液中的循环性能。但石墨负极在2 M KFSI/四乙二醇二甲醚（G4）中无法放电,而更高浓度的7 M KFSI的醚类电解液中,因为较大的粘度,容量存在一个上升的过程。相比4 M KFSI/EC+线性酯的电解液,石墨负极的容量略低且在1 C的大倍率下循环性能较差。因为石墨电极在醚类体系中SEI更薄,这个略低的可逆容量源于其较低的离子电导率。（2）合成新型Bi2O3纳米花结构,并探究了电解液溶剂类型和和盐浓度对其Bi2O3负极的影响。发现在相同KFSI盐浓度情况下,酯类电解液（1.5 M KFSI/EC+DEC）表现出好于醚类电解液（1.5 M KFSI/DME）的电化学性能。同时,将酯类电解液中KFSI盐的浓度提高至4.0 M,Bi2O3负极的长循环稳定性得到了明显改善。
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