單離子凝膠聚合物電解質的制備及其鋰硫電池電化學性能研究
發(fā)布時間：2021-11-21 12:39
地球上硫含量豐富,用作Li-S電池的正極材料時具有高達1675 mAh g-1的理論比容量,能量密度達2600 Wh kg-1。但在充放電反應過程中,硫生成可溶性的多硫化物,在Li負極表面沉積,形成“穿梭”效應,導致庫倫效率低,引起循環(huán)性能惡化;生成電絕緣的不溶性Li2S/Li2S2,導致倍率性能差,嚴重阻礙了Li-S電池的商業(yè)化應用。為改善Li-S電池的電化學性能,使用固態(tài)聚合物電解質解決電池的穿梭問題的相關研究,已經引起大力關注。但固態(tài)聚合物電解質的室溫離子導電率低。而凝膠聚合物電解質雖然室溫離子導電率高,但是Li+離子遷移數(shù)低,易引起較大的極化。為改善凝膠聚合物電解質的電化學性能,本論文以P（VDF-HFP）聚合物為基體,合成離子液體增塑的單離子凝膠聚合物電解質,并進行氮化硼納米材料填充改性,制備納米復合單離子凝膠聚合物電解質。研究內容包括:（1）在P（VDF-HFP）/離子液體溶液中,加入鋰化MAA單體,采用原位聚合誘導相分離的方法,在玻璃片上流延...
【文章來源】：湘潭大學湖南省
【文章頁數(shù)】：82 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鋰離子電池的結構
圖 1.2 典型嵌入陰極的晶體結構：(a) 層狀 (LiCoO2)、(b) 尖晶石 (LiMn2O4)、(c) 橄欖石 (LiFePO4) 和 (d) tavorite (LiFeSO4F)[32]（1）LiCoO2正極材料由 Goodenough[36]推出的第一代正極材料，LiCoO2(LCO)，由索尼公司推動其商業(yè)化，至今仍然被用于大多數(shù)商業(yè)鋰離子電池。分別位于八面體 3a 和3b 位的 Co 和 Li 與立方堆積的氧層交替形成六角形對稱性（圖 1.2a），這種結構有利于鋰離子的自由穿梭脫嵌。因此，LCO 具有較高的理論體積容量(1363mAh cm-3)和比容量(274 mAh g-1)、較高的離子電導率（擴散系數(shù)高達 5×10-9cm2S-1）、較低的自放電、較高的放電電壓和良好的循環(huán)性能，是綜合性能較佳一種正極材料。主要的限制是實際比容量達不到理想數(shù)值，高成本，低熱穩(wěn)定性和快速容量衰減等。實際上，在 2.5~4.3 V 電壓范圍內 LCO 只能脫 0.5 個 Li，所以造成比容量只有 140 mAh g-1[37]。且當工作電壓大于 4.2 V 時，會誘導材料晶格從六角形到單斜對稱的畸變，這種變化惡化了循環(huán)性能，造成容量減少。由于 Co 的高成本，造成 LCO 正極的價格昂貴。低熱穩(wěn)定性是指鋰金屬氧化物正極加熱到某一溫度點以上時，放熱釋放出氧氣，導致反應失控，在此過程中
碳的容量較高，但作為商業(yè)石墨電極其容量依然需要進一步其進行改性，常往層狀結構的碳材料中嵌入不同元素。一般是將包、硫鎂、鋁等金屬或者非金屬離子引入碳層間對其進行改性[56]。鈦氧化物 (Li4Ti5O12/LTO) LTO 已成功商業(yè)化，因為它結合了卓越相對高的體積容量和良好的循環(huán)性能，盡管鈦的成本較高、電池較低（175 mAh g-1，600 mAh cm-3理論）。穩(wěn)定性源于其零應變的鋰化電勢。LTO 被視為零應變，因為鋰脫嵌引起的相變僅導致微的(0.2%)變化。此外，較高的平衡電位 (1.55 V vs. Li/Li+) 使得 L于 1 V 的電位窗口中運行，在很大程度上避免了負極 SEI 的形成減慢 Li 的嵌入并減少石墨負極中的 Li 損失。此外，LTO 是非常安的高電位阻止了 Li 枝晶的形成，即使在高倍率下。因此，雖然 和 Li+擴散系數(shù)不高，但它仍然是較好的負極材料。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋰離子電池用聚合物凝膠電解質研究進展[J]. 趙世勇. 電池工業(yè). 2014(01)
[2]鋰電池凝膠聚合物電解質的研究進展[J]. 張?zhí)m,張世超. 電源技術. 2013(11)
[3]偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物基微孔-凝膠聚合物電解質的研究進展[J]. 李朝暉,張漢平,張鵬,吳宇平. 高分子通報. 2007(07)
[4]納米SiO2表面基團對復合聚合物電解質性質的影響[J]. 杜洪彥,程琥,李濤,楊勇. 電源技術. 2005(05)
[5]納米Al2O3填充PVDF-HFP電解質的Li+離子輸運特性[J]. 李朝暉,蘇光耀,王霞瑜,李小平,高德淑. 電源技術. 2004(09)
[6]鋰離子蓄電池電解液研究進展[J]. 高陽,謝曉華,解晶瑩,劉慶國. 電源技術. 2003(05)
[7]鋰離子電池及其電解液[J]. 李強,鐘光祥. 浙江化工. 2002(03)
博士論文
[1]鋰離子電池中聚合物電解質多孔膜的制備及其結構與性能研究[D]. 操建華.浙江大學 2005
本文編號：3509527
【文章來源】：湘潭大學湖南省
【文章頁數(shù)】：82 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鋰離子電池的結構
圖 1.2 典型嵌入陰極的晶體結構：(a) 層狀 (LiCoO2)、(b) 尖晶石 (LiMn2O4)、(c) 橄欖石 (LiFePO4) 和 (d) tavorite (LiFeSO4F)[32]（1）LiCoO2正極材料由 Goodenough[36]推出的第一代正極材料，LiCoO2(LCO)，由索尼公司推動其商業(yè)化，至今仍然被用于大多數(shù)商業(yè)鋰離子電池。分別位于八面體 3a 和3b 位的 Co 和 Li 與立方堆積的氧層交替形成六角形對稱性（圖 1.2a），這種結構有利于鋰離子的自由穿梭脫嵌。因此，LCO 具有較高的理論體積容量(1363mAh cm-3)和比容量(274 mAh g-1)、較高的離子電導率（擴散系數(shù)高達 5×10-9cm2S-1）、較低的自放電、較高的放電電壓和良好的循環(huán)性能，是綜合性能較佳一種正極材料。主要的限制是實際比容量達不到理想數(shù)值，高成本，低熱穩(wěn)定性和快速容量衰減等。實際上，在 2.5~4.3 V 電壓范圍內 LCO 只能脫 0.5 個 Li，所以造成比容量只有 140 mAh g-1[37]。且當工作電壓大于 4.2 V 時，會誘導材料晶格從六角形到單斜對稱的畸變，這種變化惡化了循環(huán)性能，造成容量減少。由于 Co 的高成本，造成 LCO 正極的價格昂貴。低熱穩(wěn)定性是指鋰金屬氧化物正極加熱到某一溫度點以上時，放熱釋放出氧氣，導致反應失控，在此過程中
碳的容量較高，但作為商業(yè)石墨電極其容量依然需要進一步其進行改性，常往層狀結構的碳材料中嵌入不同元素。一般是將包、硫鎂、鋁等金屬或者非金屬離子引入碳層間對其進行改性[56]。鈦氧化物 (Li4Ti5O12/LTO) LTO 已成功商業(yè)化，因為它結合了卓越相對高的體積容量和良好的循環(huán)性能，盡管鈦的成本較高、電池較低（175 mAh g-1，600 mAh cm-3理論）。穩(wěn)定性源于其零應變的鋰化電勢。LTO 被視為零應變，因為鋰脫嵌引起的相變僅導致微的(0.2%)變化。此外，較高的平衡電位 (1.55 V vs. Li/Li+) 使得 L于 1 V 的電位窗口中運行，在很大程度上避免了負極 SEI 的形成減慢 Li 的嵌入并減少石墨負極中的 Li 損失。此外，LTO 是非常安的高電位阻止了 Li 枝晶的形成，即使在高倍率下。因此，雖然 和 Li+擴散系數(shù)不高，但它仍然是較好的負極材料。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋰離子電池用聚合物凝膠電解質研究進展[J]. 趙世勇. 電池工業(yè). 2014(01)
[2]鋰電池凝膠聚合物電解質的研究進展[J]. 張?zhí)m,張世超. 電源技術. 2013(11)
[3]偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物基微孔-凝膠聚合物電解質的研究進展[J]. 李朝暉,張漢平,張鵬,吳宇平. 高分子通報. 2007(07)
[4]納米SiO2表面基團對復合聚合物電解質性質的影響[J]. 杜洪彥,程琥,李濤,楊勇. 電源技術. 2005(05)
[5]納米Al2O3填充PVDF-HFP電解質的Li+離子輸運特性[J]. 李朝暉,蘇光耀,王霞瑜,李小平,高德淑. 電源技術. 2004(09)
[6]鋰離子蓄電池電解液研究進展[J]. 高陽,謝曉華,解晶瑩,劉慶國. 電源技術. 2003(05)
[7]鋰離子電池及其電解液[J]. 李強,鐘光祥. 浙江化工. 2002(03)
博士論文
[1]鋰離子電池中聚合物電解質多孔膜的制備及其結構與性能研究[D]. 操建華.浙江大學 2005
本文編號：3509527
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