本文關鍵詞：新型聚合物電解質(zhì)在高比能量鋰電池中的應用及研究

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【摘要】：鋰離子電池在諸多方面都展示了廣闊的發(fā)展應用前景和巨大的經(jīng)濟利益,被認為是最好的電動汽車動力電源方案。但隨著人們對電動汽車需求的不斷提升,對鋰電池的能量密度等方面有了更高的要求,發(fā)展更高能量密度的電池體系顯得極為迫切。然而,當前傳統(tǒng)鋰電池中應用的非水系電解液在高電壓下分解的問題極大的限制了高電壓鋰電池的使用。在高電壓鋰電池中,商業(yè)有機電解液很難在高于4.3 V以上的工作電壓下保持電化學穩(wěn)定,并且在高電壓充電過程中電解液在與電極表面接觸的界面受到過渡金屬離子的催化作用持續(xù)分解,形成過厚的鈍化層,最終導致電池性能大大降低。聚合物電解質(zhì)具備較高的安全性、優(yōu)越的外形設計靈活性以及更高的質(zhì)量比能量,能有效解決上述傳統(tǒng)電解液使用所帶來的問題,成為新一代鋰離子二次電池研究的熱點。本論文針對高電壓鋰電池聚合物電解質(zhì)存在的問題,進行了相關研究,主要工作內(nèi)容如下:1.成功制備了一種剛柔并濟的基于聚氰基丙烯酸乙酯(PEC A)-聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)無紡布骨架的復合凝膠聚合物電解質(zhì)。這種電解質(zhì)表現(xiàn)出了良好的機械強度(38 MPa)、寬的電化學窗口(4.7 V)以及高的室溫離子導電率(2.6×10-3 S cm-1)。將基于聚氰基丙烯酸乙酯的凝膠聚合物電解質(zhì)匹配Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2/石墨組裝成電池,電池循環(huán)性能大大提高:在3.6~4.3 V電壓下充放電循環(huán)200圈后容量保持率達到91%;在充電截止電壓提高到在4.6 V進行充放電循環(huán)時,循環(huán)200圈后其放電容量仍然能夠達到首次放電容量的70%,遠遠優(yōu)于基于液態(tài)電解液組裝的三元材料/石墨全電池。另外,得益于凝膠電解質(zhì)有效的抑制了有機溶劑的分解和活性過渡金屬元素的沉積溶解,基于凝膠聚合物電解質(zhì)組裝的電池在高電壓循環(huán)下表現(xiàn)出了較高的充放電效率。2.通過溶液澆灌法制備了一種基于聚碳酸丙烯酯-纖維素的復合凝膠聚合物電解質(zhì)。我們分別對樣品的微觀形貌進行表征,并對其機械強度及電化學方面的交流阻抗、線性伏安掃描和電池性能進行了測試。結果表明:SEM測試該復合聚合物電解質(zhì)形貌均勻,表面平整沒有孔隙的存在,機械強度測試表明其復合聚合物就有良好的力學性能。與液態(tài)電解質(zhì)浸沒隔膜相比,在室溫下該復合電解質(zhì)浸泡電解液后表現(xiàn)出了更高的離子電導率(1.14×10-3 S cm-1)、更高的離子遷移數(shù)(0.75)以及更穩(wěn)定的電化學窗口(5 V)。上述優(yōu)點使其基于此凝膠聚合物電解質(zhì)的鎳錳酸鋰電池在5 V高電壓下循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能大大提高。3.鋰硫電池由于自身具有高比能量密度以及價格優(yōu)廉等優(yōu)點得到了人們越來越廣泛的關注,但是其自身由于在反應過程中聚硫離子的溶解遷移導致循環(huán)性能非常的差。我們首次制備了一種基于聚碳酸丙烯酯復合在纖維素上的聚合物電解質(zhì),并添加碳紙夾層對其鋰硫電池進行改性。結果表明,即使在應用不加修飾的純硫極片的情況下,0.2 C倍率下電流進行循環(huán),電池的初始容量達到1400 mAh g-1,并且隨著循環(huán)次數(shù)的增加衰減比較緩慢。這樣的研究結果證明了基于聚碳酸丙烯酯的聚合物電解質(zhì)對阻止聚硫離子的穿梭提升鋰硫電池的綜合性能有重要作用。
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM912

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