本文關鍵詞：鋰離子電池用聚合物電解質(zhì)的制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 聚合物鋰離子電池是一種新型高能化學電源,具有質(zhì)量比能量高、安全、無電解液泄漏、可使用軟包裝、外形設計靈活等優(yōu)點,符合化學電源的發(fā)展趨勢。本論文的目標是制備性能優(yōu)良的鋰離子電池用聚合物電解質(zhì),研究聚合物電池的交流阻抗,討論電池容量衰減機理和離子傳輸機理。研究工作主要從以下幾個方面展開: 研究了相轉(zhuǎn)移法制備PVDF-HFP基微孔型聚合物電解質(zhì)的工藝條件和造孔機理,制備了改性P(VDF-HFP/MMA)聚合物電解質(zhì)和無紡布增強型PVDF-HFP聚合物電解質(zhì)。前者通過引入MMA結構單元改善了電解質(zhì)的表面性質(zhì),后者通過以無紡布為支撐介質(zhì)提高了電解質(zhì)的機械強度,獲得的電解質(zhì)孔穴豐富,吸液率高,室溫離子電導率均超過1mS·cm~(-1),電化學穩(wěn)定窗口在5.0V以上。其中無紡布增強型聚合物電解質(zhì)制備的電池界面性質(zhì)很穩(wěn)定,50次循環(huán)后容量保持率為97%,1C放電容量是0.1C放電容量94%,表現(xiàn)出較好的電化學性能。 提出了制備聚合物微孔膜的另一種方法——直接揮發(fā)溶劑法,研究了揮發(fā)溶劑法造孔的機理,并用該法制備了PVDF-HFP/有機蒙脫石復合聚合物電解質(zhì),避免了相轉(zhuǎn)移法制備有機/無機復合聚合物電解質(zhì)時出現(xiàn)的無機顆�！皥F聚”現(xiàn)象。當有機蒙脫石添加量為5%時,獲得的復合聚合物電解質(zhì)孔穴豐富,吸液率達到290%,室溫離子電導率為1.51mS·cm~(-1),機械性能得到提高,制備的聚合物電池界面阻抗降低,循環(huán)50次后容量保持率達到95.9%,倍率放電性能也有所改善。 研究了聚合物電池交流阻抗圖譜各部分表示的意義,提出了聚合物電池的等效電路并以此對制備的電池進行了模擬,擬合結果與實驗測試結果基本一致。討論了聚合物電池充放電循環(huán)時的容量衰減機理,認為循環(huán)過程中電解質(zhì)與電極的界面性質(zhì)變差使電池界面阻抗增加以及正極晶格粉化使電化學反應阻抗增加是電池容量衰減的主要原因,由此提出了改善聚合物電池循環(huán)性能的方法。 用季戊四醇和甲基丙烯酸合成出一種含較多雙鍵和羰基的多臂星形有機物單體,并用熱聚合方法制備了凝膠型聚合物電解質(zhì),通過在聚合物結構中引入乙二醇甲基丙烯酸酯,改善了電解質(zhì)的性質(zhì)。該方法聚合速度快,形成的聚合物網(wǎng)絡對電解液的包容能力強,單體用量少,當電解液含量為92%時,獲得的是粘性好,較柔軟的半透明凝膠,室溫離子電導率達到1.89mS·cm~(-1),制備的聚合物電池電化學性能與使用液態(tài)電解質(zhì)電池的性能接近。另外,還用不同分子量的聚乙二醇甲基丙烯酸酯通過熱聚合制備了凝膠電解質(zhì),討論了分子鏈長度對電解質(zhì)性能的影響,其中以二縮乙二醇甲基丙烯酸酯與電解液按1:9的配比制備的電解質(zhì)性能最佳。該方法成本低,操作簡單,是制備凝膠型聚合物電解質(zhì)的一種簡單實用的方法。 研究了凝膠電解質(zhì)電導率隨溫度變化的關系,測量了鋰離子傳輸,表觀活化能和離子遷移數(shù)隨聚合物含量的變化,發(fā)現(xiàn)制備的幾種凝膠電解質(zhì)電導率與溫度的關系均偏離Arrhenius方程,而活化能及離子遷移數(shù)測試結果則表明,凝膠電解質(zhì)中聚合物含量越高,化學交聯(lián)點越多,鋰離子遷移所需活化能就增加,離子遷移數(shù)也減少,據(jù)此提出了改善凝膠聚合物電解質(zhì)性能的方法:選擇分子支鏈長度適當?shù)木哂芯W(wǎng)狀結構的高分子;在保持電解液能被聚合物網(wǎng)絡包容的條件下,盡量降低聚合物含量,從而增加所包容的電解液及分子鏈本身的活動能力。
【關鍵詞】：聚合物電解質(zhì) 鋰離子電池 離子電導率 改性 交流阻抗 循環(huán)性能
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 文獻綜述14-37
• 1.0 引言14-15
• 1.1 聚合物鋰離子電池的分類15-17
• 1.1.1 采用聚合物正極材料的鋰離子電池15-16
• 1.1.2 采用聚合物電解質(zhì)的鋰離子電池16-17
• 1.2 聚合物電解質(zhì)的國內(nèi)外研究及發(fā)展概況17-18
• 1.3 聚合物電解質(zhì)及聚合物電池的性能及制備工藝18-21
• 1.3.1 聚合物鋰離子電池的優(yōu)點18-19
• 1.3.2 聚合物電解質(zhì)應具有的性能19
• 1.3.3 聚合物電解質(zhì)的生產(chǎn)工藝19-20
• 1.3.4 聚合物電池的生產(chǎn)工藝20-21
• 1.4 全固態(tài)聚合物電解質(zhì)(SPE)的研究進展21-26
• 1.4.1 選擇合適的聚合物體系21-23
• 1.4.2 添加無機納米或介孔材料23-24
• 1.4.3 選擇合適的鋰鹽24-25
• 1.4.4 制備單離子導體25
• 1.4.5 制備"Polymer in Salt"型聚合物電解質(zhì)25-26
• 1.5 增塑型聚合物電解質(zhì)的組成及共性26-29
• 1.5.1 增塑劑的選擇26-27
• 1.5.2 離子液體的使用27-28
• 1.5.3 聚合物的選擇28
• 1.5.4 導電鋰鹽的選擇28-29
• 1.6 凝膠型聚合物電解質(zhì)(GPE)的種類及其研究進展29-32
• 1.6.1 聚酯類聚合物電解質(zhì)29-30
• 1.6.2 聚醚系聚合物電解質(zhì)30-31
• 1.6.3 丙烯腈基聚合物電解質(zhì)31
• 1.6.4 其它類型GPE31-32
• 1.7 微孔型聚合物電解質(zhì)(MPE)的制備方法及其研究進展32-34
• 1.7.1 萃取法32-33
• 1.7.2 相轉(zhuǎn)移法33-34
• 1.7.3 直接法34
• 1.8 聚合物電解質(zhì)目前存在的問題及未來研究趨勢34-36
• 1.8.1 目前存在的問題34
• 1.8.2 未來的研究方向34-36
• 1.9 本論文的主要工作36-37
• 第二章 相轉(zhuǎn)移法制備PVDF-HFP基微孔型聚合物電解質(zhì)37-61
• 2.1 引言37
• 2.2 實驗及檢測方法37-41
• 2.2.1 主要試劑和主要儀器設備37-38
• 2.2.2 聚合物電解質(zhì)的制備38
• 2.2.3 聚合物電池的制備38-39
• 2.2.4 電解質(zhì)及電池性能的測試和表征39-41
• 2.3 PVDF-HFP聚合物電解質(zhì)的制備及性能41-53
• 2.3.1 聚合物微孔膜的形成機理及制備條件41-46
• 2.3.2 PVDF-HFP聚合物電解質(zhì)的性能46-49
• 2.3.3 聚合物電池的性能49-53
• 2.4 改性P(VDF-HFP/MMA)聚合物電解質(zhì)的制備及性能53-60
• 2.4.1 PVDF-HFP的化學改性及與MMA的共聚53-55
• 2.4.2 改性P(VDF-HFP/MMA)聚合物電解質(zhì)的性能55-57
• 2.4.3 聚合物電池的電化學性能57-60
• 2.5 本章小結60-61
• 第三章 PVDF-HFP/改性蒙脫石復合聚合物電解質(zhì)61-77
• 3.1 研究思路61
• 3.2 蒙脫石(MMT)的改性61-63
• 3.2.1 有機蒙脫石(OMMT)的制備61-62
• 3.2.2 有機蒙脫石的紅外光譜分析62
• 3.2.3 有機蒙脫石的小角XRD分析62-63
• 3.3 相轉(zhuǎn)移法制備PVDF-HFP/OMMT復合聚合物電解質(zhì)63-67
• 3.3.1 實驗方法63
• 3.3.2 聚合物膜表面形貌63-65
• 3.3.3 聚合物電解質(zhì)的性質(zhì)65
• 3.3.4 聚合物電池的性質(zhì)65-67
• 3.4 揮發(fā)溶劑法制備PVDF-HFP聚合物微孔膜67-70
• 3.4.1 聚合物膜的制備68
• 3.4.2 聚合物膜的表面形貌68-69
• 3.4.3 聚合物微孔膜形成機理的分析69-70
• 3.5 揮發(fā)溶劑法制備PVDF-HFP/OMMT復合聚合物電解質(zhì)70-76
• 3.5.1 OMMT對PVDF-HFP聚合物膜形貌的影響70-71
• 3.5.2 OMMT對聚合物XRD的影響71-72
• 3.5.3 PVDF-HPP/OMMT復合聚合物電解質(zhì)的性質(zhì)72-74
• 3.5.4 聚合物電池的電化學性能74-76
• 3.6 本章小結76-77
• 第四章 無紡布增強型聚合物電解質(zhì)77-91
• 4.1 引言77
• 4.2 相轉(zhuǎn)移法制備無紡布增強型聚合物電解質(zhì)77-87
• 4.2.1 無紡布的結構與性能77-78
• 4.2.2 聚合物電解質(zhì)及聚合物電池的制備與表征78-79
• 4.2.3 聚合物電解質(zhì)的制備條件79-82
• 4.2.4 聚合物電解質(zhì)的性能82-85
• 4.2.5 聚合物電池性能85-87
• 4.3 揮發(fā)溶劑法制備無紡布增強型PVDF-HFP聚合物電解質(zhì)87-90
• 4.3.1 聚合物電解質(zhì)的制備與表征87
• 4.3.2 聚合物膜的表面形貌87-88
• 4.3.3 聚合物電解質(zhì)的性質(zhì)88-89
• 4.3.4 聚合物電池的性能89-90
• 4.4 本章小結90-91
• 第五章 聚合物鋰離子電池的交流阻抗及其容量衰減機理91-108
• 5.1 引言91
• 5.2 聚合物電池交流阻抗譜的基本形狀91-92
• 5.3 聚合物電池交流阻抗譜各部分的意義92-97
• 5.3.1 界面阻抗92-95
• 5.3.2 電化學阻抗95-97
• 5.4 聚合物電池的交流阻抗譜等效電路分析97-102
• 5.4.1 Randles模型97-98
• 5.4.2 Voigt模型98
• 5.4.3 聚合物鋰離子電池的等效電路98-99
• 5.4.4 聚合物電池等效電路驗證99-101
• 5.4.5 對聚合物電池交流阻抗的擬合101-102
• 5.5 聚合物電池的容量衰減機理102-105
• 5.5.1 液態(tài)電解質(zhì)電池容量衰減與阻抗變化的關系103
• 5.5.2 聚合物電池容量衰減與阻抗變化的關系103-105
• 5.6 聚合物電池倍率放電能力影響因素分析105-107
• 5.7 本章小結107-108
• 第六章 季戊四醇甲基丙烯酸酯凝膠電解質(zhì)108-138
• 6.1 引言108-109
• 6.2 單體的制備109-116
• 6.2.1 試劑與儀器109
• 6.2.2 合成原理109
• 6.2.3 實驗方法109-111
• 6.2.4 季戊四醇甲基丙烯酸酯的合成條件111-114
• 6.2.5 產(chǎn)物的紅外光譜114-115
• 6.2.6 聚合物的熱穩(wěn)定性115-116
• 6.3 PETMAA凝膠聚合物電解質(zhì)的制備116-122
• 6.3.1 凝膠電解質(zhì)的制備方法116-117
• 6.3.2 凝膠電解質(zhì)的制備工藝條件117-118
• 6.3.3 凝膠電解質(zhì)的紅外光譜分析118-119
• 6.3.4 凝膠電解質(zhì)的室溫離子電導率119-120
• 6.3.5 鋰/凝膠電解質(zhì)/鋰電池的阻抗120
• 6.3.6 凝膠電解質(zhì)的表面形貌120-121
• 6.3.7 凝膠聚合物電池的電化學性能121-122
• 6.4 PETMAA/PVDF-HFP凝膠聚合物電解質(zhì)122-124
• 6.4.1 PETMAA/PVDF-HFP凝膠電解質(zhì)的制備122
• 6.4.2 PETMAA/PVDF-HFP凝膠電解質(zhì)的性質(zhì)122-123
• 6.4.3 PETMAA/PVDF-HFP凝膠聚合物電池的性質(zhì)123-124
• 6.5 PETMAA/EGDMAA凝膠聚合物電解質(zhì)124-130
• 6.5.1 設計思路124-125
• 6.5.2 PETMAA/EGDMAA凝膠電解質(zhì)的制備條件125-127
• 6.5.3 PETMAA/EGDMAA凝膠電解質(zhì)的離子電導率127
• 6.5.4 鋰/PETMAA/EGDMAA凝膠電解質(zhì)/鋰電池阻抗127-128
• 6.5.5 PETMAA/EGDMAA凝膠電解質(zhì)的表面形貌128
• 6.5.6 PETMAA/EGDMAA凝膠聚合物電池的性能128-130
• 6.6 PETMAA基凝膠聚合物電解質(zhì)的導電行為研究130-136
• 6.6.1 聚合物電解質(zhì)的導電模型130-131
• 6.6.2 PETMAA基凝膠電解質(zhì)離子導電與溫度的關系131
• 6.6.3 凝膠電解質(zhì)中聚合物分子結構對導電性的影響131-135
• 6.6.4 凝膠電解質(zhì)的離子遷移數(shù)135-136
• 6.7 本章小結136-138
• 第七章 聚乙二醇甲基丙烯酸酯凝膠聚合物電解質(zhì)138-149
• 7.1 引言138
• 7.2 聚乙二醇甲基丙烯酸酯的合成138-141
• 7.2.1 試劑與儀器138-139
• 7.2.2 實驗方法139
• 7.2.3 實驗結果139-140
• 7.2.4 產(chǎn)物的紅外光譜140-141
• 7.3 聚乙二醇烯酸酯凝膠電解質(zhì)的制備及性質(zhì)141-146
• 7.3.1 聚乙二醇烯酸酯凝膠電解質(zhì)的制備工藝條件141-142
• 7.3.2 聚乙二醇烯酸酯凝膠電解質(zhì)的電化學穩(wěn)定性142-144
• 7.3.3 鋰/凝膠電解質(zhì)/鋰電池的界面阻抗研究144
• 7.3.4 二縮乙二醇甲基丙烯酸酯凝膠電解質(zhì)的導電性研究144-145
• 7.3.5 二縮乙二醇甲基丙烯酸酯凝膠電解質(zhì)的熱穩(wěn)定研究145-146
• 7.4 聚乙二醇甲基烯酸酯凝膠聚合物電池的電化學性質(zhì)146-147
• 7.5 各種聚合物電解質(zhì)的性能對比147-148
• 7.6 本章小結148-149
• 第八章 結論149-152
• 參考文獻152-169
• 致謝169-170
• 附錄170-171

【引證文獻】

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 葛昊;尖晶石型鈦酸鋰的制備及電化學行為[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 張宗林;鋰離子電池負極材料Li_4Ti_5O_12的改性研究[D];河北工業(yè)大學;2011年

2 余佃寶;鋰二次電池聚合物電解質(zhì)的制備及其電化學性能研究[D];南昌大學;2010年

3 汪仕華;新型梳狀固態(tài)聚合物電解質(zhì)的合成及性能研究[D];華南理工大學;2012年

4 杜運;高性能鋰離子電池正極材料的制備與性能研究[D];江南大學;2012年

5 張楊;高性能鋰離子電池負極材料Li_4Ti_5O_(12)的制備與改性研究[D];合肥工業(yè)大學;2013年

  本文關鍵詞：鋰離子電池用聚合物電解質(zhì)的制備及性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：289205