發(fā)布時(shí)間：2021-08-30 05:07

　　隨著市場對(duì)高能量、高密度電池的需求,商業(yè)化的鋰離子電池已不能滿足要求,鋰空氣電池在眾多可充電的鋰二次電池中具有最高的理論能量密度（3500 Wh kg-1）,表現(xiàn)出了非�？捎^的應(yīng)用前景。但基于傳統(tǒng)液體電解質(zhì)的鋰空氣電池在安全性、庫倫效率和長循環(huán)壽命等方面面臨著許多問題。聚合物電解質(zhì)在鋰空氣電池中的運(yùn)用能夠有效改善傳統(tǒng)液體電解質(zhì)所引發(fā)的問題。本文通過合理的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)了QS-NP準(zhǔn)固態(tài)聚合物電解質(zhì)體系并探究了其電化學(xué)性能以及該聚合物電解質(zhì)對(duì)于鋰空氣電池電化學(xué)性能的影響。該體系中由溶液澆鑄法制備的厚度在15μm-30μm的全氟磺酸膜保證了體系的機(jī)械強(qiáng)度,能夠有效抵抗正極產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性物質(zhì)過氧化鋰的攻擊以及阻止陰離子和一些大分子的遷移。經(jīng)液體電解質(zhì)改性的聚偏氟乙烯-六氟丙烯膜與金屬鋰負(fù)極表現(xiàn)出良好的相容性。QS-NP準(zhǔn)固態(tài)聚合物電解質(zhì)在200℃沒有發(fā)生明顯的分解,表明其具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。此外,在25±2℃環(huán)境條件下,QS-NP準(zhǔn)固態(tài)聚合物電解質(zhì)表現(xiàn)出5.1的高鋰離子遷移數(shù)和5.1V的寬電化學(xué)窗口。基于QS-NP準(zhǔn)固態(tài)聚合物電解的鋰氧電池在25±2℃環(huán)境條件下表現(xiàn)出相對(duì)優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性且能夠... 

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰空氣電池的四種不同結(jié)構(gòu)[6]

青島科技大學(xué)研究生學(xué)位論文3圖1-2發(fā)生在非水系鋰空氣電池中的工作機(jī)理[5]Figure1-2Workingmechanismthatoccursinnon-aqueouslithiumairbatteries1.2.2鋰空氣面臨的問題雖然鋰空氣電池具有非�？捎^的運(yùn)用前景，但目前，鋰空氣電池在負(fù)極、電解質(zhì)及多孔正極方面均臨著以下諸多問題[15]：（1）鋰空氣電池對(duì)環(huán)境的要求比較高，空氣中的水分、二氧化碳等容易通過多孔正極的開放式結(jié)構(gòu)進(jìn)入負(fù)極，導(dǎo)致鋰金屬負(fù)極的快速腐蝕和電池失效，所以，目前文獻(xiàn)中多報(bào)道以純氧作為正極[16-18]。（2）在基于常規(guī)液體電解質(zhì)的鋰空氣電池中有機(jī)電解液易與活潑金屬鋰發(fā)生反應(yīng)，這在很大程度上導(dǎo)致了許多副產(chǎn)物的產(chǎn)生。此外，基于有機(jī)液體電解質(zhì)的鋰空氣電池在循環(huán)過程由于鋰的沉積不均勻，很容易導(dǎo)致死鋰和鋰枝晶的產(chǎn)生，最終影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性[19]。（3）非水體系鋰空氣電池通常采用有機(jī)液體電解質(zhì)，主要是一些醚類、聚硅氧化合物、酰胺類和砜類等[20-21]。有機(jī)電解液不穩(wěn)定，不能在電池中長期穩(wěn)定的存在，容易受到正極強(qiáng)氧化性放電產(chǎn)物過氧化鋰的攻擊，導(dǎo)致電解液的分解和副產(chǎn)物的形成，最終影響鋰空氣電池的循環(huán)性能[22]。（4）過氧化鋰是一種電子絕緣體，鋰空氣電池在放電過程中電壓為2.7V（vsLi+/Li）時(shí)生成過氧化鋰，但其還原卻需要高達(dá)4.5V的高電壓，這種過電壓差會(huì)引起電池其它組分的分解，影響電池性能[23]。（5）正極作為構(gòu)建完整電池的重要組分，其通常被認(rèn)為是電池電化學(xué)性能表現(xiàn)優(yōu)劣的主要因素。在鋰空氣電池中，正極不僅是發(fā)生氧還原反應(yīng)（ORR）和氧析出反應(yīng)（OER）的場所，而且還為放電產(chǎn)物提供儲(chǔ)存場所。因此，合理的電

畢住?1.3.2固態(tài)聚合物電解質(zhì)固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)液體電解質(zhì)是改善液體電解質(zhì)在安全性差、穩(wěn)定性差的等問題方面的有效手段之一。固態(tài)電解質(zhì)相對(duì)于液體電解質(zhì)具有更優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、鋰離子遷移數(shù)以及更低的可燃性[50-52]。M.Sasikumar等[53]將10wt%聚醋酸乙烯（PVAc）、40wt%聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）、10wt%雙三氟甲基磺酰亞胺鋰（LiTFSI）/40wt%碳酸乙烯酯（EC）以及具有立方晶相的鈦酸鋇（BaTiO3,BT）溶解于丙酮的均相溶液通過溶液澆鑄的方法制備一種新型的復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)CSPEs（如圖1-3所示）。鈦酸鋇本身的高介電常數(shù)對(duì)于促進(jìn)鋰鹽解離以增加聚合物電解質(zhì)基質(zhì)中的電荷載流子濃度尤其理想，且其添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%時(shí)的CSPE表現(xiàn)出相對(duì)優(yōu)異的性能。在CSPE中，鋰陽離子與BT表面上的大體積陰離子TFSI之間的相互作用可能會(huì)降低SPE基質(zhì)中離子對(duì)的相互作用，并阻礙TFSI陰離子的移動(dòng)，從而導(dǎo)致其離子傳導(dǎo)更高，此外，立方結(jié)構(gòu)的BT可以與聚合物鏈的Lewis酸中心反應(yīng)導(dǎo)致CSPE的結(jié)晶度降低，進(jìn)一步提高了鋰離子遷移率，這些相互作用使得CSPE在室溫下表現(xiàn)出高離子導(dǎo)電率及高鋰離子遷移數(shù)。另外，CSPE還表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、良好的機(jī)械強(qiáng)度以及穩(wěn)定的電化學(xué)窗口。圖1-3含7.5wt%鈦酸鋇的CSPE（a）光學(xué)照片和（b）場發(fā)射掃描電鏡圖[53]Figure1-3(a)opticalphotographand(b)fieldemissionscanningelectronmicroscopeimageofCSPEcontaining7.5wt%bariumtitanate.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]鋰離子電池硬碳負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J]. 李玉龍,劉瑞峰,周穎,郭宏毅,賀磊,邱介山.  材料導(dǎo)報(bào). 2017(S1)



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