【摘要】：鋰二次電池由于其高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn),在手機(jī)、筆記本電腦等小型數(shù)碼電子產(chǎn)品獲得廣泛應(yīng)用,在電動(dòng)汽車(chē)、航空航天、軍等重要領(lǐng)域也具有廣闊的發(fā)展前景。隨著越來(lái)越多的人使用鋰電池,人們對(duì)鋰二次電池的能量密度需要更高的要求,提高能量密度一方面采用高電壓正極材料,另一方面采用具有極高理論容量的金屬鋰做負(fù)極。然而,找到與上述相匹配的電解質(zhì)材料是阻礙鋰二次電池發(fā)展的關(guān)鍵因素。本論文設(shè)計(jì)并提出了一種半固態(tài)雜化電解質(zhì),并研究了該雜化電解質(zhì)在高電壓鋰離子電池和鋰金屬二次電池中的應(yīng)用性能,主要結(jié)論如下:尋找可靠的電解質(zhì)體系是發(fā)展高安全鋰離子電池的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。我們?cè)O(shè)計(jì)并制備了一種新型半固態(tài)雜化電解質(zhì)體系,該電解質(zhì)體系由常規(guī)液態(tài)電解液及硅烷處理過(guò)的氧化鋁(Al_2O_3-ST)組成。它結(jié)合了固體電解質(zhì)和液體電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。半固態(tài)雜化電解質(zhì)具有較高的離子遷移數(shù)0.77~0.84,而商業(yè)的電解液只有0.30,自熄火時(shí)間從液態(tài)的84.12s g~(-1)降低到17.36 s g~(-1),阻燃性能提高了接近4倍。半固態(tài)雜化電解質(zhì)在2.7-6.5 V無(wú)副反應(yīng)發(fā)生,耐高電壓。雜化電解質(zhì)室溫電導(dǎo)率(8.79~9.98)×10~(-3) S cm~(-1)非常接近于液態(tài)基礎(chǔ)電解液的10.39×10~(-3) S cm~(-1)。應(yīng)用該電解質(zhì)的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li半電池在1C循環(huán)200圈后的容量保持率為99.1%。在低倍率下(1C),電池的倍率容量沒(méi)有明顯的差異,但是雜化電解質(zhì)在扣式電池中,尤其在2C和5C時(shí)具有較高的放電比容量。例如,SSE-10在2C時(shí)的放電比容量為132.4 mAh g~(-1),在5C時(shí)的放電比容量為129.1 mAh g~(-1)。在LiNi_(0.6)Mn_(0.2)Co_(0.2)O_2/graphite電池容量保持相近的情況下,包含雜化電解質(zhì)的LiNi_(0.6)Mn_(0.2)Co_(0.2)O_2/graphite電池在針刺過(guò)程中不起火,不冒煙,檢測(cè)到針刺過(guò)程中的最高溫度是38.5℃。同時(shí),1h后電壓僅僅從4.2 V掉到3.8 V。相對(duì)于傳統(tǒng)液體電解液,安全性提高。本工作為設(shè)計(jì)高安全高電壓鋰離子電解質(zhì)設(shè)計(jì)提供了新的思路。鋰金屬由于其低的電化學(xué)電位和高的理論比容量被認(rèn)為是最具有潛力的負(fù)極材料,但是不可控的鋰沉積導(dǎo)致鋰枝晶的生長(zhǎng)存在潛在的安全問(wèn)題。本工作中我們延續(xù)了雜化電解質(zhì)的概念,通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化電解質(zhì)組分設(shè)計(jì)并制備了一種兼顧固態(tài)、液態(tài)優(yōu)點(diǎn)獨(dú)特的包含Al_2O_3-ST Slurry狀的雜化電解質(zhì),這種Slurry狀的雜化電解質(zhì)離子電導(dǎo)率為3.89×10~(-3) S cm~(-1),離子遷移數(shù)達(dá)0.88。自熄火時(shí)間從液態(tài)的179.37 s g~(-1)降到95.12 s g~(-1),阻燃性能提高了接近1.89倍。研究發(fā)現(xiàn),雜化電解質(zhì)在鋰金屬表面能夠形成一層具有鋰離子導(dǎo)電能力的界面層,該界面層一方面可阻止電解質(zhì)與鋰金屬負(fù)極的不良副反應(yīng),另一方面可有效的抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)。在1 mA cm~(-2)的電流密度下,應(yīng)用該Slurry狀雜化電解質(zhì),Li/Li對(duì)稱(chēng)電池可穩(wěn)定的循環(huán)200h,使用該雜化電解質(zhì)體系的Li/Li電池的循環(huán)壽命比使用傳統(tǒng)液態(tài)電解液的電池延長(zhǎng)了10倍。該電解質(zhì)用于Li_4Ti_5O_(12)/Li電池,在0.5C下循環(huán)750圈后,容量仍然保持150.1 mAh g~(-1)而液態(tài)電解液的電池僅有98.6 mAh g~(-1)。
【圖文】：

中北大學(xué)學(xué)位論文在充電過(guò)程中，鋰離子從正極脫出，通過(guò)電解質(zhì)并嵌入石墨負(fù)狀態(tài)。為了確保電荷平衡，電子同時(shí)從外部電路到達(dá)石墨。相脫出，通過(guò)電解質(zhì)并嵌入到正極中。在正常充電和放電時(shí)，鋰離和脫出。因此，鋰離子電池被稱(chēng)為“搖椅電池”。從電極的充放電池實(shí)質(zhì)是濃度差電池，鋰離子正負(fù)極活性物質(zhì)都是可逆的脫起層間距的變化而不會(huì)破壞晶體結(jié)構(gòu)。因此，鋰離子電池結(jié)構(gòu)是可逆反應(yīng)，其電極反應(yīng)過(guò)程是如下：：LiCoO2→Li(1-x)CoO2+ xLi++ xe （正反應(yīng)：充電；逆反應(yīng)：：6C + xLi++ xe LixC6（正反應(yīng)：充電；逆反應(yīng)：放電）LiCoO2+6C Li(1-x)CoO2+LixC6

電極片切成小電極片。5）疊片：用隔膜將正極片和負(fù)極片隔開(kāi)，和負(fù)極板。特別說(shuō)明文章里我用的半固態(tài)混合電解質(zhì)必須手動(dòng)疊質(zhì)涂上去在手套箱。6）焊接：用超聲波焊機(jī)將電芯的正極連接接鎳電極耳。7）塑封：將塑料薄膜制成適當(dāng)?shù)某叽缫耘浜想娦镜某尚蜋C(jī)將電芯固定在殼體的適當(dāng)位置上，然后用封口機(jī)密封芯的進(jìn)行注液。在 45°C 下真空干燥 12 小時(shí)后，將芯的溫度降至室溫套箱準(zhǔn)備后續(xù)注液。 8）注液，預(yù)密封和滲液：在手套箱中，，將料密封的芯中。注液后用手套箱中的密封機(jī)預(yù)密封電池，將電解使電解質(zhì)充分浸潤(rùn)，避免與空氣接觸，然后將芯體在 45 °C 下轉(zhuǎn)。9）化成：也叫預(yù)充電，電池預(yù)充電以激活正極和負(fù)極活性物質(zhì)成膜，通常為 0.1C 或 0.2C。使用真空封口機(jī)，抽出多余的電解箔切斷，然后密封。 10）分容：成品電芯經(jīng)放電，充電測(cè)試，取具體流程如圖 2.1。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM912

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 穆亞沙爾·穆罕默德;;不可譯性與語(yǔ)言的雜化[J];才智;2011年22期

2 駱定法,劉雪,王鳳貴;等性雜化與不等性雜化[J];聊城師院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年04期

3 劉興旺;雜化方式與分子性質(zhì)的關(guān)系[J];內(nèi)蒙古師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)漢文版);2000年02期

4 J.E·戈登;楊蓉容;;共振[J];韶關(guān)師專(zhuān)學(xué)報(bào);1987年02期

5 龔尚慶;曲立湖;余壽綿;;四維雜化弦[J];高能物理與核物理;1989年07期

6 王文清;;不可譯性與語(yǔ)言的雜化[J];文教資料;2011年31期

7 楊宏軍;許進(jìn)寶;張廣照;;環(huán)狀單體與乙烯基單體的雜化共聚[J];中國(guó)科學(xué):化學(xué);2013年08期

8 馬小天;;不可譯性與語(yǔ)言的雜化[J];劍南文學(xué)(經(jīng)典教苑);2012年10期

9 周莉;肖增鈞;劉波;羅仲寬;劉劍洪;;雜化非異氰酸酯聚氨酯的合成方法、性能及應(yīng)用前景[J];涂料工業(yè);2009年06期

10 王猛,錢(qián)錦文,鄭寶慶,楊騖遠(yuǎn),蔣唯峰,方佐,葉瑛;坡縷石/聚丙烯酰胺無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化絮凝劑的合成、表征與應(yīng)用[J];高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào);2004年08期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 郭國(guó)聰;王明盛;徐剛;張章靜;羅峰;李培欣;蔡麗珍;;無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化光致變色材料的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第十六分會(huì)：晶體工程[C];2016年

2 趙英;殷秀梅;于乃森;董斌;;雜化粒子場(chǎng)方法模擬碳納米管/嵌段共聚物共混復(fù)合材料[A];2015年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集——主題E 高分子理論計(jì)算模擬[C];2015年

3 唐靜;苗文科;吳涵;鄭萍;王維;;多金屬氧簇—聚合物雜化物:創(chuàng)造新型的功能材料[A];2014年全國(guó)高分子材料科學(xué)與工程研討會(huì)學(xué)術(shù)論文集（下冊(cè)）[C];2014年

4 李晶晶;鄧聯(lián)東;邢金峰;董岸杰;;二氧化鈦陽(yáng)離子雜化電泳納米粒的制備與表征[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

5 歐俊杰;張海洋;林輝;王紅衛(wèi);劉忠山;鄒漢法;;基于多面體低聚倍半硅氧烷雜化整體柱的制備及應(yīng)用[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十一屆全國(guó)生物醫(yī)藥色譜及相關(guān)技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)（材料分析與其它分會(huì)）論文摘要集[C];2016年

6 劉廣寧;李村成;;以疏水有機(jī)陽(yáng)離子構(gòu)筑水穩(wěn)定性增強(qiáng)鉛碘雜化晶態(tài)材料的研究[A];第三屆新型太陽(yáng)能電池學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2016年

7 唐征海;郭寶春;;橡膠基體中雜化填料的構(gòu)建與協(xié)同效應(yīng)[A];第十二屆中國(guó)橡膠基礎(chǔ)研討會(huì)會(huì)議摘要集[C];2016年

8 陳筱誠(chéng);余輝;郭娟;龍英才;;Y型沸石的甲胺雜化改性的研究[A];第十五屆全國(guó)分子篩學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2009年

9 吳波;余萍;崔燦;吳名;張洋;劉磊;王彩霞;卓仁禧;黃世文;;含葉酸還原敏感性脂質(zhì)-聚合物雜化納米粒子用于阿霉素靶向輸送[A];2013年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集——主題H：醫(yī)用高分子[C];2013年

10 王鋒;溫麗麗;李東風(fēng);;過(guò)渡金屬-單壁碳納米管雜化多孔材料的合成[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第08分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 莊愉;雜化模式備受全球藥業(yè)追捧[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報(bào);2010年

2 張文毓 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所;鎂二次電池將成為未來(lái)新能源首選[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2016年

3 韓笑千;中科院寧波材料所在高比能鋰金屬負(fù)極保護(hù)方面研究取得進(jìn)展[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2017年

4 胡文;973綠色二次電池新體系研究有新進(jìn)展[N];科技日?qǐng)?bào);2003年

5 柳寧;環(huán)宇：力爭(zhēng)跨入國(guó)際二次電池產(chǎn)業(yè)前列[N];中國(guó)電子報(bào);2007年

6 楊秋穗;深圳二次電池產(chǎn)業(yè)要達(dá)400億[N];廣東科技報(bào);2007年

7 李麗靜;河南打造二次電池產(chǎn)業(yè)基地[N];中國(guó)工業(yè)報(bào);2004年

8 本報(bào)記者 李勇;時(shí)代萬(wàn)恒轉(zhuǎn)型二次電池制造 傳統(tǒng)貿(mào)易營(yíng)收占比75%被舍棄[N];證券日?qǐng)?bào);2018年

9 鐘信;軟包裝液態(tài)鋰離子 二次電池技術(shù)問(wèn)世[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2004年

10 記者　郝麗萍;深圳鋰電終結(jié)日企一統(tǒng)天下格局[N];深圳商報(bào);2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 姜楠;細(xì)胞表面納米生物雜化界面的構(gòu)建及功能化研究[D];武漢理工大學(xué);2015年

2 楊騖遠(yuǎn);氫氧化鋁—聚丙烯酰胺雜化材料的制備和稀溶液行為及其絮凝性能研究[D];浙江大學(xué);2005年

3 李光華;釩系雜化晶體化合物的水熱合成與結(jié)構(gòu)表征[D];吉林大學(xué);2005年

4 崔元靖;無(wú)機(jī)—有機(jī)雜化二階非線(xiàn)性光學(xué)材料的設(shè)計(jì)、合成與性能研究[D];浙江大學(xué);2005年

5 林松柏;有機(jī)樹(shù)脂/二氧化硅雜化高吸水性材料的研究[D];天津大學(xué);2004年

6 劉俊生;新型荷電雜化（鑲嵌）膜（材料）的制備與表征[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

7 許松偉;海藻酸—二氧化硅雜化凝膠固定化脫氫酶研究[D];天津大學(xué);2005年

8 盧海峰;溶膠凝膠法制備強(qiáng)鍵型稀土雜化發(fā)光材料[D];同濟(jì)大學(xué);2008年

9 陳前火;具有強(qiáng)熒光特性的金屬氧化物納米粒子及其聚合物雜化薄膜的研究[D];福建師范大學(xué);2008年

10 王雅君;共軛分子表面雜化提高光催化性能的研究[D];清華大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 許和偉;高安全鋰二次電池半固態(tài)雜化電解質(zhì)研究[D];中北大學(xué);2018年

2 王玉暖;鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的制備和光電性質(zhì)的研究[D];山東師范大學(xué);2017年

3 趙歡歡;雜化偏振矢量光束緊聚焦和焦斑整形研究[D];太原理工大學(xué);2017年

4 朱雨露;石墨烯、氮化碳基雜化物的制備及其聚氨酯阻燃性能的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

5 楊偉;LDH-碳基雜化材料的制備及其在PVA中的應(yīng)用[D];湖南工業(yè)大學(xué);2017年

6 潘鴿;有機(jī)納米粒子雜化水凝膠的制備及其性能研究[D];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué);2017年

7 楊雪;雜化微球復(fù)合油水分離薄膜的制備及性能研究[D];新疆大學(xué);2017年

8 陳喬;吡啶膦鹵化銅（Ⅰ）配合物及多酸基有機(jī)雜化衍生物的合成與表征[D];湖北大學(xué);2017年

9 王猛;坡縷石/聚丙烯酰胺雜化物的合成、性質(zhì)與絮凝應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2004年

10 張婧琦;基于凈化富集功能的限進(jìn)介質(zhì)—雜化復(fù)合材料的制備及分離分析應(yīng)用[D];河北大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2699644