本文關鍵詞：共混型聚合物固態(tài)電解質的性能研究及其在鋰離子電池中的應用

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【摘要】：有關鋰離子電池燃燒甚至起火爆炸的安全事故現(xiàn)象在這些年時有發(fā)生,鋰離子電池的安全問題成為研究者的關注重心。聚合物電解質是解決鋰離子電池安全性能的關鍵材料,而聚合物鋰鹽作為一類新型電解質材料,可以有效解決鋰電池電解質電導率低和機械性能較差的問題。本論文主要圍繞一種新型聚合物電解質膜展開研究,電解質薄膜通過溶液澆鑄制備。通過分析共混型聚合物電解質的電化學性能,熱力學性能和機械性能,研究和分析共混型聚合物電解質膜的性能與結構組成的聯(lián)系,以改善鋰離子電池聚合物電解質的離子電導率,電化學穩(wěn)定性,機械性能和安全性能。在論文的第一部分,作者對鋰離子電池聚合物電解質的發(fā)展歷史做了歸納和總結,對鋰離子電池的組成結構、應用分類和工作原理進行了簡單說明。針對目前國內外的研究現(xiàn)狀,著重對均聚、共聚和離子液體型這三類新型聚合物電解質鋰鹽開展了分析和總結。同時以結構和性能為出發(fā)點,綜述了現(xiàn)階段國內外聚合物電解質和聚合物鋰鹽應用現(xiàn)狀和進展。并且對未來的研究方向和重點進行了展望。第二章介紹實驗的藥品和使用的儀器,介紹了聚合物電解質膜的制備工藝和電池組裝的基本步驟。同時將表征測試的一系列內容如掃描電鏡,紅外光譜,交流阻抗等和聚合物膜在電化學,機械性能和高溫穩(wěn)定性能測試做出了詳細的說明。第三章主要將鋰鹽LiClO_4/LiTFSI與PEO和PMMA聚合物基體復合,使用溶液澆鑄法制備了不同的全固態(tài)聚合物電解質(solid polymer electrolyte,SPE)薄膜。PMMA和PEO共混的聚合物基體可以同時解決PEO室溫電導率低和PMMA機械強度低的問題。測得室溫下PEO-PMMA-LiTFSI(EO/Li-+=10)體系的離子電導率為6.67×10-7 S/cm,PEO-PMMA-LiTFSI-Al_2O_3(EO/Li-+=10)體系的離子電導率為9.37×10-7 S/cm。熱穩(wěn)定性分析可知,PEO-PMMA-LiClO_4膜,PEO-PMMA-LiClO_4-Al_2O_3,PEO-PMMA-LiTFSI膜和PEO-PMMA-LiTFSI-Al_2O_3四種固態(tài)膜的分解溫度都在在300℃以上。機械性能分析可知PEO-PMMA-LiTFSI的拉伸強度為1.02 MPa,加入納米粒子Al_2O_3后PEO-PMMA-LiTFSI體系的拉伸強度得到改善,拉伸強度變大到1.76 MPa。PEO-PMMA-LiTFSI體系聚合物膜的收縮率為8.7%,而添加Al_2O_3制備的PEO-PMMA-LiTFSI體系聚合物膜的收縮率為6.6%。在論文的第四章中,介紹了電池組裝的基本步驟和關鍵制備工藝。改進溶液澆鑄法制膜工藝制備了聚合物電解質膜,有效解決溶液澆鑄法中溶劑揮發(fā)速率過快的問題,使制備的聚合物膜更平整均勻。同時對影響聚合物膜離子電導率的因素,如無機納米粒子的添加、溶劑的選擇和溫度進行了探討。最后將聚合物膜組裝成電池,我們對電化學穩(wěn)定窗口,首次充放電性能和循環(huán)性能進行了測試,并對電池的整體性能進行了探索。研究發(fā)現(xiàn)Li/PEO-PMMA-LiTFSI/LiCoO_2半電池在0.1 C放電倍率下,首次充放電的比容量為100 m Ah/g,庫倫效率達91.8%,是LiCoO_2實際克容量(140m Ah/g)的71.4%。綜上所述,這類共混型聚合物固體電解質顯示出良好的綜合性能。文章利用優(yōu)化的溶液澆鑄法制備的共混型聚合物電解質膜有效優(yōu)化了離子電導率和機械性能的相容性問題,而且其在熱穩(wěn)定和熱收縮性方面都具有優(yōu)異的性能。
【關鍵詞】：鋰離子電池 聚合物電解質 電導率 機械性能
【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 論文研究背景11-14
• 1.2 固態(tài)聚合物電解質中新型鋰鹽的研究現(xiàn)狀14-22
• 1.2.1 固態(tài)聚合物電解質概述14-16
• 1.2.2 聚合物和鋰鹽研究現(xiàn)狀16-22
• 1.3 固態(tài)聚合物電解質研究的目的與意義22-23
• 1.4 論文創(chuàng)新點及主要研究內容23-25
• 1.4.1 論文創(chuàng)新點23-24
• 1.4.2 主要研究內容24-25
• 第二章 實驗和測試25-34
• 2.0 前言25
• 2.1 實驗試劑25-26
• 2.2 實驗設備26
• 2.3 共混型聚合物電解質膜的制備和電池組裝26-29
• 2.3.1 共混型聚合物電解質的制備26-28
• 2.3.2 CR2025扣式電池的組裝28-29
• 2.4 聚合物電解質膜的測試和表征29-34
• 2.4.1 SEM測試29-30
• 2.4.2 紅外光譜測試30
• 2.4.3 交流阻抗法測試離子電導率30-31
• 2.4.4 線性伏安掃描測試31
• 2.4.5 熱穩(wěn)定性測試31-32
• 2.4.6 機械性能測試32
• 2.4.7 熱收縮性能測試32-33
• 2.4.8 電池充放電性能測試33-34
• 第三章 PEO-PMMA共混型固態(tài)聚合物電解質膜的制備和性能研究34-53
• 3.1 前言34
• 3.2 結果與討論34-51
• 3.2.1 SEM形貌表征34-39
• 3.2.2 聚合物電解質膜的紅外分析39-40
• 3.2.3 聚合物膜離子電導率的研究40-43
• 3.2.4 聚合物電解質的界面穩(wěn)定性43-45
• 3.2.5 電化學穩(wěn)定性45-46
• 3.2.6 DTA-TG分析46-48
• 3.2.7 機械性能48-49
• 3.2.8 熱收縮性能49-51
• 3.3 本章小結51-53
• 第四章 優(yōu)化制膜工藝下聚合物膜和鋰離子電池的制備及性能研究53-60
• 4.1 前言53-54
• 4.2 聚合物電解質膜制備工藝的優(yōu)化54
• 4.3 鋰離子電池的性能測試結果分析54-58
• 4.3.1 組裝Li/Cegard隔膜/LiCoO_2半電池交流阻抗曲線分析54-56
• 4.3.2 組裝Li/PEO-PMMA-LiTFSI/LiCoO_2半電池的電化學穩(wěn)定性測試56
• 4.3.3 組裝Li/PEO-PMMA-LiTFSI/LiCoO_2半電池充放電性能測試56-58
• 4.4 本章小結58-60
• 結論與展望60-62
• 參考文獻62-70
• 致謝70-71
• 附錄（攻讀學位期間發(fā)表論文目錄）71

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