發(fā)布時間：2017-03-28 18:10

  本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池用硅甲氧基聚環(huán)氧丙烷電解質(zhì)的制備和性能表征，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：聚合物電解質(zhì)是鋰離子電池的關(guān)鍵組成部分之一,具有隔絕正負極片、避免電池短路和提供鋰離子傳輸?shù)淖饔�。本論文通過添加液體增塑劑、無機納米材料和塑性晶體設(shè)計并制備了以硅甲基甲氧基封端的低聚環(huán)氧丙烷(BSPPO)為基體凝膠、復合凝膠、復合固態(tài)聚合物電解質(zhì)。采用紅外光譜(FTIR)、差示掃描(DSC)、熱重分析(TGA)、交流阻抗、線性伏安掃描(LSV)、極化電流-時間曲線等方法分別對聚合物電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性能、電化學性能及電池性能進行了測試。該聚合物電解質(zhì)不僅表現(xiàn)出較高的力學強度和熱穩(wěn)定性,還具有較高電化學穩(wěn)定性,良好的離子電導率以及高的離子遷移數(shù)。主要研究內(nèi)容如下:(1)化學交聯(lián)法制備了BSPPO基凝膠聚合物電解質(zhì)(BSPPO-LiBOBPC),并且考察了聚合物電解質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。研究結(jié)果表明,當聚合物電解質(zhì)中-O/Li摩爾比為8:1,PC質(zhì)量分數(shù)為15%時,其室溫離子電導率最高,可達7.55×10-4 S cm-1,此時,其具有較寬的電化學穩(wěn)定窗口(4.6 V vs.Li+/Li),高的鋰離子遷移數(shù)(tLi+=0.56),良好的力學強度(1.12 MPa)和熱穩(wěn)定性。Li-LiFePO4電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能,1000次循環(huán)后容量保持率為80%,在2 C下放電容量為80 mAh g-1。(2)添加納米Al2O3制備了BSPPO基復合凝膠聚合物電解質(zhì)(Al2O3-BSPPO-LiBOB-PC)。研究結(jié)果表明,當Al2O3納米粒子質(zhì)量分數(shù)為15%時,該凝膠聚合物電解質(zhì)室溫離子電導率最高,可達1.1×10-3 S cm-1,電化學穩(wěn)定窗口為4.8 V(vs.Li+/Li),離子遷移數(shù)為0.61,同時表現(xiàn)出較高的拉伸強度(1.53MPa)和良好的熱穩(wěn)定性。Li-LiFePO4電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能,100次循環(huán)后容量保持率為95%,在2 C下放電容量為95 mAh g-1。說明納米Al2O3不僅提高電解質(zhì)的力學強度,而且還改善了電解質(zhì)的離子電導率以及其與金屬鋰的界面穩(wěn)定性。(3)化學交聯(lián)法制備了摻雜塑性晶體丁二腈的BSPPO基復合固態(tài)聚合物電解質(zhì)(BSPPO-SN-Li BOB),丁二腈的加入有效的提高了聚合物電解質(zhì)的離子電導率。研究結(jié)果表明,當丁二腈含量為30 wt%時,該聚合物電解質(zhì)室溫離子電導率最高,可達5.3×10-4 S cm-1,此時,聚合物電解質(zhì)室溫和高溫下都表現(xiàn)出良好的電化學穩(wěn)定性(5 V vs.Li+/Li),較高的鋰離子遷移數(shù)(25℃下tLi+為0.24,50℃下tLi+為0.32,80℃下tLi+為0.42)以及良好的熱穩(wěn)定性。LiLiFePO4電池在25℃下表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性(放電倍率:0.1 C),50次循環(huán)后容量保持率為96.3%;50℃和80℃下電池表現(xiàn)出良好循環(huán)穩(wěn)定性(放電倍率:0.5 C)和倍率性能,100次循環(huán)后容量保持率分別為92%和90%,在1 C下放電容量分別為103 mAh g-1和112.8 mAh g-1。Li-Li Fe0.2Mn0.8PO4電池在50℃下表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性(放電倍率:0.5 C)和優(yōu)異的倍率性能,200次循環(huán)后容量保持率為81%,在3 C下放電容量為91.6 mAh g-1。
【關(guān)鍵詞】：聚合物電解質(zhì) 離子電導率 鋰離子遷移數(shù) 電化學窗口 鋰電池
【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
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 1 緒論11-29
• 1.1 引言11
• 1.2 鋰離子電池概述11-15
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展歷程11-12
• 1.2.2 鋰離子電池的工作原理12-13
• 1.2.3 鋰離子電池材料13-15
• 1.2.3.1 正極材料14
• 1.2.3.2 負極材料14
• 1.2.3.3 隔膜14
• 1.2.3.4 電解質(zhì)14-15
• 1.2.4 鋰離子電池的優(yōu)點15
• 1.2.5 鋰離子電池的研究現(xiàn)狀15
• 1.3 聚合物電解質(zhì)15-27
• 1.3.1 聚合物電解質(zhì)的發(fā)展歷程15-16
• 1.3.2 聚合物電解質(zhì)的優(yōu)點16-17
• 1.3.3 聚合物電解質(zhì)分類17-20
• 1.3.3.1 固態(tài)聚合物電解質(zhì)17
• 1.3.3.2 凝膠聚合物電解質(zhì)17-18
• 1.3.3.3 復合聚合物電解質(zhì)18-19
• 1.3.3.4 其他聚合物電解質(zhì)19-20
• 1.3.4 聚合物電解質(zhì)組成20-27
• 1.3.4.1 聚合物和增塑劑20-26
• 1.3.4.2 鋰鹽26-27
• 1.4 本論文研究目的和意義27-28
• 1.5 本論文的研究思路和內(nèi)容28-29
• 2 實驗部分29-34
• 2.1 實驗原料及主要儀器設(shè)備29-30
• 2.1.1 實驗原料及試劑29-30
• 2.1.2 實驗儀器30
• 2.2 極片的制備30-31
• 2.3 性能測試31-34
• 2.3.1 物理性能31-32
• 2.3.1.1 紅外光譜（FTIR）31
• 2.3.1.2 交聯(lián)密度31
• 2.3.1.3 機械強度31-32
• 2.3.1.4 熱性能32
• 2.3.2 電化學性能32-34
• 2.3.2.1 界面穩(wěn)定性32
• 2.3.2.2 離子電導率32-33
• 2.3.2.3 電化學穩(wěn)定窗口33
• 2.3.2.4 鋰離子遷移數(shù)33-34
• 3 BSPPO基凝膠聚合物電解質(zhì)的制備和表征34-50
• 3.1 引言34-35
• 3.2 實驗部分35-36
• 3.2.1 凝膠聚合物電解質(zhì)的制備35
• 3.2.2 電池的組裝35-36
• 3.2.3 電池性能測試36
• 3.3 結(jié)果與討論36-48
• 3.3.1 聚合物電解質(zhì)聚合36-39
• 3.3.1.1 聚合物電解質(zhì)溶脹36
• 3.3.1.2 紅外光譜36-37
• 3.3.1.3 交聯(lián)密度37-38
• 3.3.1.4 -O/Li摩爾比與聚合時間關(guān)系38-39
• 3.3.1.5 聚合溫度與聚合時間關(guān)系39
• 3.3.2 力學強度39
• 3.3.3 熱性能39-40
• 3.3.4 界面穩(wěn)定性40-41
• 3.3.5 離子電導率41-43
• 3.3.5.1 鋰鹽量的優(yōu)化41-42
• 3.3.5.2 增塑劑量的優(yōu)化42-43
• 3.3.5.3 離子電導率與溫度關(guān)系43
• 3.3.6 電化學穩(wěn)定窗口43-44
• 3.3.7 鋰離子遷移數(shù)44-45
• 3.3.8 電池性能45-48
• 3.3.8.1 循環(huán)性能45-46
• 3.3.8.2 倍率性能46-47
• 3.3.8.3 軟包電池性能47-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 4 BSPPO基復合凝膠聚合物電解質(zhì)的制備和表征50-59
• 4.1 引言50
• 4.2 實驗部分50-51
• 4.2.1 復合凝膠聚合物電解質(zhì)的制備50-51
• 4.2.2 電池的組裝51
• 4.2.3 電池性能測試51
• 4.3 結(jié)果與討論51-57
• 4.3.1 離子電導率51-52
• 4.3.2 力學強度52-53
• 4.3.3 熱性能53-54
• 4.3.4 電化學穩(wěn)定窗口54
• 4.3.5 鋰離子遷移數(shù)54-55
• 4.3.6 電池性能55-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 5 BSPPO基復合固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備和表征59-72
• 5.1 引言59-60
• 5.2 實驗部分60-61
• 5.2.1 復合固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備60-61
• 5.2.2 電池的組裝61
• 5.2.3 電池性能測試61
• 5.3 結(jié)果與討論61-70
• 5.3.1 紅外光譜61-62
• 5.3.2 熱性能62-63
• 5.3.3 離子電導率63-65
• 5.3.3.1 丁二腈量的優(yōu)化63-64
• 5.3.3.2 離子電導率與溫度關(guān)系64-65
• 5.3.4 電化學穩(wěn)定窗口65
• 5.3.5 鋰離子遷移數(shù)65-66
• 5.3.6 電池性能66-70
• 5.3.6.1 室溫電池性能66-67
• 5.3.6.2 高溫電池性能67-70
• 5.4 本章小結(jié)70-72
• 結(jié)論72-75
• 參考文獻75-85
• 致謝85-87
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文87-91

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