發(fā)布時間：2020-06-08 09:24

【摘要】：鋰離子電池已經(jīng)廣泛運用到便攜電子設(shè)備和電動汽車等領(lǐng)域,但目前其能量密度和安全性還難以滿足需求,采用鋰金屬負極能大幅提升電池的能量密度,與此同時也給電池的安全性帶來了更大的挑戰(zhàn)。聚合物電解質(zhì)有安全性好和對鋰金屬穩(wěn)定性的優(yōu)點,被認為是最有前景的下一代電解質(zhì)材料,但要獲得兼具優(yōu)異的電化學(xué)性能和力學(xué)性能的聚合物電解質(zhì)仍然非常困難。本文通過向聚氧化乙烯(PEO)基聚合物中引入表面接枝的納米Si02作為交聯(lián)劑,提高聚合物電解質(zhì)的性能,并制備了兩種不同結(jié)構(gòu)的PEO基復(fù)合聚合物電解質(zhì),主要分為兩個部分,具體內(nèi)容如下:(1)利用Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷對納米Si02進行接枝改性,使其能作為交聯(lián)劑與聚乙二醇二縮水甘油醚(PEGDE)和聚醚胺(DPPO)在加熱的條件下聚合,生成具有三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)的PEO基復(fù)合聚合物電解質(zhì)(3D-GCPE)。研究結(jié)果表明:該電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率高達4.65×10-3Scm-1,鋰離子遷移數(shù)達到了 0.45,還具有5.4 V(vs.Li+/Li)的寬電化學(xué)窗口。該電解質(zhì)擁有不錯的力學(xué)性能,拉伸強度和斷裂伸長率分別達到了 8.95 MPa和181.9%。該電解質(zhì)還具有良好的對鋰金屬穩(wěn)定性,組裝的Li/3D-GCPE4/LiFePO4表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能,1C循環(huán)500圈后的容量保持率在90%以上,在10C的倍率下,仍能保持124 mAh g-1的高容量。另外,該電解質(zhì)還能夠配合高電壓正極材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和LiNi0.5Mn1.5O4,并表現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能。(2)利用簡便的紫外光引發(fā),將γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷接枝的納米Si02、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)和聚乙二醇甲醚丙烯酸酯(PEGEMA)聚合形成梳狀的PEO網(wǎng)絡(luò),聚合過程中該PEO網(wǎng)絡(luò)與線性的偏氟乙烯-六氟丙烯無規(guī)共聚物(PVDF-HFP)網(wǎng)絡(luò)相互貫穿,形成一種半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的PEO基復(fù)合聚合物電解質(zhì)(Semi-IPN-GCPE)。研究結(jié)果表明:該電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率高達2.71×10-3Scm-1,電化學(xué)窗口達到了 5V,拉伸強度和斷裂伸長率分別達到了 7.01 MPa和248.1%,熱分解溫度高達330℃。該電解質(zhì)對鋰金屬穩(wěn)定性好,組裝的Li/Semi-IPN-GCPE/LiFePO4電池表現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)性能和倍率性能,1C倍率循環(huán)300圈后,仍剩余141.3 mAh 的可逆容量,在10C倍率下,具有103.4 mAh g-1的高容量,遠優(yōu)于傳統(tǒng)液態(tài)電解液的性能。
【圖文】：

Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ邋ｌｉｔｈｉｕｍ邋ｉｏｎ邋ｂａｔｔｅｒｙｆｌ２］逡逑目前的鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜、液態(tài)電解液和電池封裝材料組逡逑成，如圖１．１所示。充電過程中，鋰離子從正極ＬｉＣｏＯ：的晶格中脫出，進入液態(tài)逡逑電解液中，并在電場的作用下，從隔膜的微孔中穿梭至負極，嵌入石墨的層間。逡逑在放電過程中，，鋰離子又從石墨的層間脫出，經(jīng)過電解液和隔膜，嵌入正極ＬｉＣ0０２逡逑的晶格之中【｜２］。逡逑除了上述的ＬｉＣｏＣｈ正極和石墨負極，常用的正極材料還有ＬｉＭｍ0４、ＬｉＦｅＰ０４、逡逑ＬｉＮｉｗＣｏｗＭｎｗＣｂ和ＬｉＮｉｏ．５Ｍｍ．５Ｏ４等富鋰化的正極，負極材料還有硅碳復(fù)合材逡逑料、ＬｂＴｉ0３和鋰金屬等。隔膜主要是聚乙烯、聚丙烯和ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ三層復(fù)合膜等逡逑烯烴類的微孔膜，電解液主要由ＬｉＰＦ６和ＬｉＣ１０４等鋰鹽，溶解在碳酸酯和醚類溶逡逑劑中所構(gòu)成［１３，１４］。逡逑１．２．２鋰離子電池的發(fā)展逡逑鋰離子電池己經(jīng)得到了廣泛運用，但仍受制于能量密度和安全性的不足，為逡逑了提高鋰離子電池的能量密度

的解決上述問題，如阻燃添加劑通常會降低電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)能力，會一定程度逡逑上降低電池的容量【３Ｑ］。固態(tài)電解質(zhì)因其不同于傳統(tǒng)隔膜加液態(tài)電解液體系的多種逡逑優(yōu)點吸引著越來越多的關(guān)注，采用固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池結(jié)構(gòu)如圖１．３所示，逡逑固態(tài)電解質(zhì)兼具隔膜和電解質(zhì)的作用，主要的有優(yōu)點包括：（１）抑制鋰枝晶的生逡逑長；（２）不易燃、無泄漏；（３）簡化電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計提高能量密度；（４）較好的電化學(xué)逡逑穩(wěn)定性等。因此，固態(tài)電解質(zhì)被認為是最有效的解決途徑，吸引／大量的研究［１５，逡逑３１，３２１。但目前仍受制于離子電導(dǎo)率較低、電極／電解質(zhì)界面阻抗高和力學(xué)性能差等逡逑缺點，難以實用化［３３，３４１。逡逑ｄｉｓｃｈａｒｇｅ逡逑！邋Ａ邋）逡逑ｓｓｅ邐Ｖ－／逡逑ｃｈａｒｇｅ逡逑邐令邐ｅ￣逡逑圖１．３固態(tài)電解質(zhì)電池的原理圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｓｈｏｗｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ邋ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ邋ｂａｔｔｅｉｙ逡逑固態(tài)電解質(zhì)包括陶瓷電解質(zhì)和聚合物電解質(zhì)，陶瓷電解質(zhì)又稱鋰快離子導(dǎo)體，逡逑一般分為為氧化物和硫化物兩大類。聚合物電解質(zhì)又稱為離子導(dǎo)電聚合物，是一逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：中南林業(yè)科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O646.1;TM912

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 盧青文;鋰二次電池用新型聚合物電解質(zhì)和負極表面改性的研究[D];上海交通大學(xué);2014年

2 朱玉松;高性能鋰離子電池聚合物電解質(zhì)的制備及研究[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

本文編號：2702868