本文關鍵詞：聚合物基電解質(zhì)全固態(tài)鋰離子電池的制備與性能研究

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【摘要】：與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比,聚合物基電解質(zhì)全固態(tài)鋰離子電池具有更高的安全性和能量密度,引起了廣泛關注。本文的主要內(nèi)容是聚合物基電解質(zhì)全固態(tài)鋰離子電池的制備與性能研究,旨在拓寬聚合物基電解質(zhì)全固態(tài)鋰離子電池工作溫度范圍,推進全固態(tài)鋰離子電池的商業(yè)化進程。采用溶液澆鑄法制備聚氧化乙烯(PEO)基固態(tài)聚合物電解質(zhì)(SPE),添加無機填料對電解質(zhì)膜進行改性,提升其室溫離子電導率及機械強度;使用固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜配合商業(yè)化正極材料,制備全固態(tài)鋰離子電池,對電池室溫及高溫電化學性能進行研究。本文采用溶液澆鑄法結合熱壓工藝獲得表面平整度良好、厚度均勻(150μm)的固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜,測試其室溫離子電導率、電化學窗口、熱力學穩(wěn)定性以及化學穩(wěn)定性。本文通過對PEO基固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜改性研究,改變NASICON型無機固態(tài)電解質(zhì)Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAGP)填料的添加比例,當電解質(zhì)膜中添加20 mass%-LAGP時,室溫離子電導率達7.5×10-5 S/cm,穩(wěn)定電化學窗口超過5 V。采用Li Fe PO4(LFP)正極、金屬鋰負極制備全固態(tài)鋰離子電池。對組裝完畢的扣式半電池進行熱處理,獲得接觸良好的電極電解質(zhì)界面。在室溫下,LFP/SPE(5 mass%-LAGP)/Li全固態(tài)鋰離子電池0.1 C循環(huán),首次放電容量為150.13 m Ah/g,庫倫效率為95.99%,300次循環(huán)容量保持率為80%;LFP/SPE(15mass%-LAGP)/Li全固態(tài)鋰離子電池室溫下1 C循環(huán),首次放電容量為114.3m Ah/g,500次循環(huán)容量保持率84.2%。此外,為了追求更高的電池能量密度,選用了不同高電壓正極材料Li Mn0.6Fe0.4PO4(LMFP)、Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM),制備全固態(tài)鋰離子電池。進行電極電解質(zhì)的界面相容性研究,分析電池容量衰減的原因,并提出針對性的改性方法。
【關鍵詞】：PEO基固態(tài)聚合物電解質(zhì) LAGP 復合正極 全固態(tài)鋰離子電池
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-25
• 1.1 引言8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-23
• 1.2.1 全固態(tài)鋰離子電池工作原理9-11
• 1.2.2 PEO基固態(tài)聚合物電解質(zhì)鋰離子傳導機理11-14
• 1.2.3 PEO基固態(tài)聚合物電解質(zhì)及改性研究14-21
• 1.2.4 PEO基電解質(zhì)全固態(tài)鋰離子電池研究進展21-23
• 1.3 本文的研究目的與內(nèi)容23-25
• 第2章 實驗材料與研究方法25-31
• 2.1 實驗藥品與儀器25-26
• 2.1.1 實驗藥品25
• 2.1.2 實驗儀器25-26
• 2.2 材料的制備與表征26-29
• 2.2.1 PEO基固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜的制備26-27
• 2.2.2 全固態(tài)鋰離子電池復合正極的制備27
• 2.2.3 碳包覆LMFP改性27
• 2.2.4 材料的物理表征27-28
• 2.2.5 材料的電化學測試28-29
• 2.3 全固態(tài)鋰離子電池的制備及測試29-31
• 2.3.1 全固態(tài)鋰離子電池的制備29
• 2.3.2 充放電測試29-30
• 2.3.3 循環(huán)伏安法測試30
• 2.3.4 電化學交流阻抗譜測試30-31
• 第3章 PEO基固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備和表征31-45
• 3.0 引言31
• 3.1 PEO基固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜的制備31-32
• 3.2 PEO基固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜電化學測試32-39
• 3.2.1 直流極化測試32-33
• 3.2.2 離子電導率測試33-35
• 3.2.3 PEO基固態(tài)聚合物電解質(zhì)對鋰穩(wěn)定性測試35-38
• 3.2.4 電化學窗口測試38-39
• 3.3 PEO基固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜物理表征39-43
• 3.3.1 掃描電子顯微鏡分析(SEM)39-40
• 3.3.2 熱重分析(TG)40-41
• 3.3.3 X射線衍射分析(XRD)41-42
• 3.3.4 傅里葉變換紅外光譜分析(FTIR)42-43
• 3.3.5 拉伸應力分析43
• 3.4 本章小結43-45
• 第4章 全固態(tài)鋰離子電池的制備與性能研究45-65
• 4.1 引言45
• 4.2 LFP/SPE/Li全固態(tài)鋰離子電池的制備及性能研究45-56
• 4.2.1 LFP/SPE/Li全固態(tài)鋰離子電池高溫(70-80 ℃)性能46-48
• 4.2.2 LFP /SPE/Li全固態(tài)鋰離子電池室溫(25-30 ℃)性能48-56
• 4.3 LMFP/SPE/Li全固態(tài)鋰離子電池的制備及改性研究56-59
• 4.3.1 LMFP/SPE/Li全固態(tài)鋰離子電池的制備及性能研究56-58
• 4.3.2 碳包覆LMFP改性58
• 4.3.3 C-LMFP/SPE/Li全固態(tài)鋰離子電池的制備及性能研究58-59
• 4.4 NCM/SPE/Li全固態(tài)鋰離子電池的制備及性能研究59-63
• 4.4.1 正極配比對于電池性能的影響60-61
• 4.4.2 活性物質(zhì)載量對于電池性能的影響61-62
• 4.4.3 NCM-LAGP復合正極62-63
• 4.5 本章小結63-65
• 結論65-66
• 參考文獻66-74
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果74-76
• 致謝76

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本文編號：914571