【摘要】：傳統(tǒng)鋰離子二次電池由于使用液態(tài)有機電解液,容易發(fā)生漏液、爆炸的危險。新型聚合物固體電解質(zhì)能有效解決使用液態(tài)電解液帶來的安全問題從而成為研究的熱點。現(xiàn)階段聚合物固體電解質(zhì)還存在鋰離子電導(dǎo)率較低,電化學(xué)窗口較窄的問題,為了提高聚合物固體電解質(zhì)低溫離子電導(dǎo)率,進一步促進聚合物鋰離子電池的發(fā)展,本文設(shè)計和使用物理共混、無機摻雜和原位聚合等改性方法對聚環(huán)氧乙烷(PEO)基聚合物電解質(zhì)體系進行了改性研究,制備出兩種具有安全性高、電化學(xué)性能穩(wěn)定的新型聚合物固體電解質(zhì)。具體研究結(jié)果如下:1.將無定型聚碳酸丙烯酯(PPC)材料與PEO以不同比例進行物理共混,然后在確定比例下改變PEO的分子量,最后在聚合物基體中摻入無機固體電解質(zhì)Li_(1.5)Al_(0.5)Ge_(1.5)(PO_4)_3(LAGP)。實驗成功制備了具有較高離子電導(dǎo)率的新型復(fù)合固體聚合物電解質(zhì)PPC-PEO 10W[5:5]-1%wt LAGP,在30 ~oC時其離子電導(dǎo)率達到了8.79×10~(-5) S cm~(-1),并且具有良好的電化學(xué)性能。在60 ~oC下,測試了其組裝的LiFePO_4/Li全固態(tài)鋰扣式電池,在0.1,0.2,0.5和1 C倍率時,電池的首次放電比容量分別為152.9,135.1,114.9和99.1mAh g~(-1)。在0.5 C倍率下,700次循環(huán)后電池依然具有良好的容量保持率達到88.2%(103.1mAh g~(-1)),在1 C倍率下500次循環(huán)后的容量保持率仍為73.4%。2.使用原位聚合的方法將聚(乙二醇)甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMEM)和雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(LTFSI)混合后進行光固化聚合,成功制備出具有梳狀結(jié)構(gòu)的新型固體聚合物電解質(zhì)。在30 ~oC時,poly-PEGMEM 950聚合物固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率達到1.44×10~(-4) S cm~(-1),并且具有較寬的電化學(xué)窗口(5V)。此外,在60 ~oC時,組裝的LiFePO_4/Li扣式電池,在0.1,0.2,0.5和1 C倍率下首次放電比容量分別達到163.2,147.7,137.3和108.7 mAh g~(-1)。在30 ~oC時,組裝的扣式電池仍然能正常工作,其在0.05,0.1,0.2和0.5 C倍率下的首次放電比容量分別為140.5,133.5,107.7和55.6 mAh g~(-1)。最重要的是,使用poly-PEGMEM 950聚合物固體電解質(zhì)組裝的3.5×7 cm軟包電池在30 ~oC的工作溫度下依然具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性,其在0.2 C倍率下,首次放電比容量達到137.5 mAh g~(-1),100次循環(huán)后容量保持率仍達84.4%,在0.5 C倍率下100次循環(huán)后保持率達到95.5%。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM912;TQ317
【圖文】：

圖 1-1 典型的鋰離子電池工作原理圖[4]Fig.1-1 Schematic diagram of typical lithium ion battery態(tài)電池簡介鋰離子二次電池是鋰離子二次電池的一種（以下簡稱作原理同鋰離子二次電池相一致。全固態(tài)電池的發(fā)展始幾十年的時間里得到了顯著的發(fā)展[5, 6]。與傳統(tǒng)鋰離子二電池最大的特點是使用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)有機電解液如圖 1-2 所示。使用固態(tài)電解質(zhì)不僅可以有效的消除電，提高電池的安全性能；而且固態(tài)電解質(zhì)還起到電解液得電池的制備工藝更加簡便。固態(tài)電解質(zhì)由于其本身具以抵抗一定的外力形變并且能有效阻止鋰枝晶生長。此較高的熱分解溫度，能夠在較大的溫度范圍內(nèi)工作。由

圖 1-2 全固態(tài)電池的構(gòu)造圖[9]Fig.1-2 Schematic illustration of an all-solid state lithium cell傳統(tǒng)液態(tài)電解液的室溫電導(dǎo)率能達到 10-3S·cm-1數(shù)量級以上，因此理想的態(tài)電解質(zhì)材料必須具備較高的離子電導(dǎo)率[3, 10]。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)了很多適合鋰離子傳輸?shù)膬?yōu)良導(dǎo)體，根據(jù)它們組成成分的不同主要分為無機體電解質(zhì)和有聚合物固態(tài)電解質(zhì)兩個大類。目前部分固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)已經(jīng)達到較高水平，圖 1-3 為一些常見的固體電解質(zhì)與液態(tài)電解質(zhì)對比圖。

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本文編號：2723622