【摘要】：近年來,鋰金屬憑借著其較高的比容量(~3,860 mAh/g)和較低的電極電位(-3.0401 V)重新進(jìn)入了人們的視野,為了解決鋰金屬電池的安全性問題,固態(tài)電解質(zhì)的研究受到了越來越多人的關(guān)注。與傳統(tǒng)的酯類和醚類有機(jī)液體電解液相比,固態(tài)電解質(zhì)能有效的避免液態(tài)電解質(zhì)泄露和鋰枝晶的刺穿。但是目前常見的固態(tài)電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率較低、力學(xué)性能較差,不能滿足商業(yè)化的使用要求,嚴(yán)重限制了其商業(yè)化使用。本文選取零維Li0.33La0.557TiO3 納米顆粒(LLTO NPs)與一維 Li0.33La0.557TiO3 納米線(LLTO NWs)無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)作為活性填料與聚氧化乙烯(PEO)和側(cè)鏈改性的聚膦腈(PDCP+MPEG350)進(jìn)行復(fù)合,通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),制備了多種具有高室溫電導(dǎo)率和優(yōu)良力學(xué)性能的新型固態(tài)電解質(zhì),并對其結(jié)構(gòu)和力學(xué)及電化學(xué)性能進(jìn)行了表征。1、三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì):將高電導(dǎo)率的LLTO納米線添加到PEO基聚合物固態(tài)電解質(zhì)中作為中間層,與PVDF靜電紡絲薄膜組合成三明治結(jié)構(gòu)的電解質(zhì),而后浸潤少量的有機(jī)電解液。研究發(fā)現(xiàn)PVDF靜電紡絲薄膜的加入隔絕了 LLTO納米線與金屬鋰的接觸,有效的避免了 Ti4+與金屬鋰發(fā)生的還原反應(yīng),提高了電池循環(huán)的穩(wěn)定性,同時(shí),PVDF靜電紡絲薄膜的加入還對電解質(zhì)的界面阻抗,鋰離子遷移數(shù)產(chǎn)生積極的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該三明治結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率可以達(dá)到3.01x10-3 S/cm,以三明治結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)組裝的LiCoO2/電解質(zhì)/Li鋰金屬電池具有良好的倍率性能和循環(huán)性能。在室溫條件下,以2C的倍率充電100周后容量保持率可以達(dá)到91.8%,以1 C,2C,3C,4C和5C的倍率放電時(shí)容量分別為 144 mAh/g,132 mAh/g,122 mAh/g and 110 mAh/g。2、具有雙重導(dǎo)離子功能的聚膦腈基全固態(tài)電解質(zhì):通過靜電紡絲工藝將LLTO納米顆粒紡入聚丙烯腈(PAN)纖維中制備出自支撐骨架,將聚膦腈和鋰鹽的乙腈(ACN)溶液注入自支撐骨架中,放入真空烘箱中充分干燥,制得具有3D導(dǎo)離子功能的聚膦腈基全固態(tài)電解質(zhì)。因?yàn)榫垤㈦骐娊赓|(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低,醚氧能團(tuán)具有較好活動(dòng)能力,有利于鋰離子的傳輸。該全固態(tài)電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率可以達(dá)到1.26×10-4 S/cm,電化學(xué)窗口可以達(dá)到4.5V,另外,因?yàn)镻AN@LLTO纖維的作用,聚膦腈基電解質(zhì)的力學(xué)性能得到了較大幅度的提高,其拉伸強(qiáng)度最高可以達(dá)到2.95MPa。以上對于電解質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為解決電解質(zhì)材料的電導(dǎo)率、界面問題和力學(xué)性能提供了良好的解決方案。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TM912
【圖文】：

圖１－１．鋰離子電池工作機(jī)理示意圖［２］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｉｎｔｅｒｉｏｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｉｎ邋Ｌｉｔｈｉｕｍ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ逡逑

圖１－２不同類型的鋰離子電池（ａ）圓柱形；（ｂ）紐扣形；（ｃ）方形；（ｄ）軟包［４］逡逑Ｆｉｇ．１－２邋Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｋｉｎｄｓ邋ｏｆ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ邋（ａ）邋Ｃｙｌｉｎｄｅｒ－ｓｈａｐｅｄ；邋（ｂ）邋Ｂｕｔｔｏｎ邋ｃｅｌｌ；邋（ｃ）邋Ｐｒｉｓｍａｔｉｃ邋ｃｅｌｌ；逡逑（ｄ）邋Ｐｏｕｃｈ邋ｃｅｌｌ．逡逑

圖３－１三明治結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)示意圖逡逑Ｆｉｇ．３－１邋Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｓａｎｄｗｉｃｈ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張虎成,軒小朋,王鍵吉,汪漢卿;聚合物電解質(zhì)離子遷移數(shù)測定方法的研究進(jìn)展[J];電源技術(shù);2003年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 梁銀崢;基于靜電紡纖維的先進(jìn)鋰離子電池隔膜材料的研究[D];東華大學(xué);2011年

本文編號：2750788