發(fā)布時(shí)間：2017-09-08 11:35

  本文關(guān)鍵詞：全固態(tài)鋰二次電池用新型自支撐復(fù)合電解質(zhì)的研究

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【摘要】：鋰二次電池的安全性是下一代高容量電池發(fā)展中一個(gè)亟需解決的問題。與液體電解質(zhì)相比,固體聚合物電解質(zhì)能夠有效避免電解液泄露帶來的安全隱患,但是全固態(tài)聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率較低、電化學(xué)窗口較窄,本文選取硫化物電解質(zhì)Li10GeP2S12(LGPS)和NASICON結(jié)構(gòu)的Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAGP)作為活性填料與聚氧乙烯(PEO)進(jìn)行復(fù)合,制備了多種具有較高電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定性的新型自支撐復(fù)合電解質(zhì)膜。1.將具有高電導(dǎo)率和高電化學(xué)穩(wěn)定性的硫化物電解質(zhì)LGPS引入PEO基聚合物電解質(zhì)中,制備獲得一種新型的有機(jī)無機(jī)復(fù)合聚合物電解質(zhì)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)LGPS的加入對(duì)PEO基聚合電解質(zhì)的電導(dǎo)率、鋰離子遷移數(shù)和電化學(xué)穩(wěn)定性有著積極的影響。通過DSC測(cè)試復(fù)合電解質(zhì)的相轉(zhuǎn)變行為,討論了LGPS對(duì)提高復(fù)合電解質(zhì)電導(dǎo)率的作用因素。測(cè)試復(fù)合電解的電導(dǎo)率,結(jié)果顯示最佳比例的復(fù)合電解質(zhì)在60oC下電導(dǎo)率為4.29×10-4S·cm-1,電化學(xué)窗口為5.2V。以新型復(fù)合電解質(zhì)組裝的LiFePO4/Li固態(tài)電池具良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能,在60oC 0.5C下充放電50周后容量保持率為92.5%,60oC時(shí)0.1 C,0.2 C,0.5 C和1 C倍率充放電容量分別為158,148,138和99mAh·g-1。這種新型的有機(jī)無機(jī)復(fù)合聚合物電解質(zhì)有潛力應(yīng)用于未來固態(tài)鋰金屬電池中。2.將三種不同工藝制備的LAGP顆粒與PEO基聚合物電解質(zhì)進(jìn)行復(fù)合,對(duì)比不同LAGP顆粒對(duì)復(fù)合電解質(zhì)性能的影響。對(duì)復(fù)合電解質(zhì)的電導(dǎo)率、鋰離子遷移數(shù)和相轉(zhuǎn)變行為進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果顯示結(jié)晶度高、粒徑小的LAGP顆粒與PEO復(fù)合效果最好。相對(duì)于純的PEO基聚合物電解質(zhì),最佳比例的復(fù)合電解質(zhì)60oC下鋰離子電導(dǎo)率提高了184%,同時(shí)電化學(xué)窗口增加至5.3V。但是PEO-LAGP復(fù)合電解質(zhì)對(duì)鋰界面阻抗較大,為了提高界面兼容性,在與金屬鋰界面處引入PEO-LGPS復(fù)合電解質(zhì),測(cè)試結(jié)果顯示不僅對(duì)鋰界面阻抗有了明顯改善,電池性能也有了顯著提高。
【關(guān)鍵詞】：固體聚合物電解質(zhì) 全固態(tài)鋰電池 活性填料 硫化物鋰離子導(dǎo)體 鈉離子導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ317;TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 第1章 緒論11-27
• 1.1 引言11-12
• 1.2 固態(tài)鋰二次電池簡(jiǎn)介12-16
• 1.3 無機(jī)固體電解質(zhì)16-20
• 1.3.1 氧化物固體電解質(zhì)17-18
• 1.3.2 硫化物固體電解質(zhì)18-20
• 1.4 聚合物電解質(zhì)20-25
• 1.4.1 全固態(tài)聚合物電解質(zhì)20-21
• 1.4.2 凝膠聚合物電解質(zhì)21-22
• 1.4.3 復(fù)合聚合物電解質(zhì)22-25
• 1.5 選題思路及研究內(nèi)容25-27
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與研究方法27-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器27-28
• 2.2 材料表征28-29
• 2.2.1 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）28
• 2.2.2 X射線衍射分析（XRD）28
• 2.2.3 差式掃描量熱分析（DSC）28-29
• 2.3 電解質(zhì)電化學(xué)性能表征29-31
• 2.3.1 電解質(zhì)膜電導(dǎo)率29-30
• 2.3.2 電解質(zhì)膜鋰離子遷移數(shù)30
• 2.3.3 電解質(zhì)膜電化學(xué)窗口30
• 2.3.4 電解質(zhì)膜對(duì)鋰穩(wěn)定性30-31
• 2.4 電池組裝和測(cè)試31-33
• 2.4.1 電極制備31
• 2.4.2 電池組裝和測(cè)試31-33
• 第3章 Li_(10)GeP_2S_(12)與PEO基聚合物電解質(zhì)復(fù)合33-46
• 3.1 引言33-34
• 3.2 復(fù)合電解質(zhì)的制備34
• 3.3 測(cè)試結(jié)果和討論34-44
• 3.3.1 LGPS的形貌和對(duì)ACN的穩(wěn)定性分析34-36
• 3.3.2 復(fù)合聚合物電解質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)36-37
• 3.3.3 復(fù)合聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率分析37-40
• 3.3.4 復(fù)合聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性分析40-41
• 3.3.5 復(fù)合聚合物電解質(zhì)的對(duì)鋰穩(wěn)定性分析41-42
• 3.3.6 復(fù)合聚合物電解質(zhì)的電池性能分析42-44
• 3.4 小結(jié)44-46
• 第4章 Li_(1.5)Al_(0.5)Ge_(1.5)(PO_4)_3與PEO基聚合物電解質(zhì)復(fù)合46-61
• 4.1 引言46
• 4.2 復(fù)合電解質(zhì)膜的制備46-47
• 4.2.1 復(fù)合電解質(zhì)膜的制備46-47
• 4.2.2 多層復(fù)合電解質(zhì)膜的制備47
• 4.3 PEO-LAGP復(fù)合電解質(zhì)測(cè)試結(jié)果和討論47-57
• 4.3.1 不同LAGP顆粒的形貌及對(duì)ACN的穩(wěn)定性分析47-49
• 4.3.2 復(fù)合聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率分析49-53
• 4.3.3 復(fù)合聚合物電解質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)53-54
• 4.3.4 復(fù)合聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性分析54-55
• 4.3.5 復(fù)合聚合物電解質(zhì)的對(duì)鋰穩(wěn)定性分析55-56
• 4.3.6 復(fù)合聚合物電解質(zhì)的電池性能分析56-57
• 4.4 多層復(fù)合電解質(zhì)性能測(cè)試與分析57-60
• 4.4.1 多層復(fù)合聚合物電解質(zhì)的對(duì)鋰穩(wěn)定性分析57-58
• 4.4.2 多層復(fù)合聚合物電解質(zhì)的電池性能分析58-60
• 4.5 小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-63
• 參考文獻(xiàn)63-71
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單71-72
• 致謝72-73

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