【摘要】：21世紀(jì)以來(lái),鋰離子電池因?yàn)榫哂斜热萘扛摺?chǔ)電量大、工作電壓高、無(wú)記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),在當(dāng)今社會(huì)顯示出廣闊的發(fā)展前景和巨大的經(jīng)濟(jì)效益,尤其在電動(dòng)汽車動(dòng)力電源領(lǐng)域。但當(dāng)下的常見商用鋰離子電池仍存在缺點(diǎn):一是人們對(duì)鋰離子電池的能量密度和大倍率充放電性能有了更高的要求,作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電源,目前的續(xù)航里程略低;二是對(duì)高電壓電池的需求,從3 V到5 V;三是高安全性鋰離子電池的需求,傳統(tǒng)鋰離子電池中的液態(tài)電解質(zhì)存在易燃、易揮發(fā)、易泄漏,有毒性等安全隱患問題,因此需要尋找新型電解質(zhì)體系。基于上述問題,本文從尋找新型電池電解質(zhì)體系為切入口,對(duì)聚合物電解質(zhì)在鋰離子電池中的應(yīng)用進(jìn)行研究。因?yàn)榫酆衔镫娊赓|(zhì)具有較高的安全性、更高的質(zhì)量比容量和靈活的外觀設(shè)計(jì)性,可以有效解決傳統(tǒng)電解液存在的問題。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,本文合成了一種主鏈為聚醚醚酮,側(cè)鏈為含氟磺酰亞胺基梳狀聚合物,該聚合物具有良好的熱穩(wěn)定性。將該聚合物與不同增塑劑(PC、G4)復(fù)合,得到SPEEK-PFSILi/PC型和SPEEK-PFSILi/G4型凝膠電解質(zhì),并對(duì)凝膠電解質(zhì)進(jìn)行了性能測(cè)試。由于聚合物上的芳香環(huán)主鏈結(jié)構(gòu)和氟化烷基側(cè)鏈,凝膠電解質(zhì)都具有較高的電化學(xué)窗口(4.8 V)和良好的熱穩(wěn)定性能。凝膠電解質(zhì)中不存在小分子鋰鹽,陰離子在聚合物鏈段上,無(wú)法自由移動(dòng),因此它們的鋰離子遷移數(shù)非常高(0.9左右)。其中,SPEEK-PFSILi/PC型凝膠電解質(zhì)具有更高的吸液率(103%),更優(yōu)異的離子電導(dǎo)率,室溫下可達(dá)1.3×10~(-4) S·cm~(-1)。低溫時(shí),SPEEK-PFSILi/PC型凝膠電解質(zhì)的循環(huán)性能較為優(yōu)異,放電容量可達(dá)130 mAh·g~(-1)(0.1C、25℃)。而70℃下,SPEEK-PFSILi/G4型凝膠電解質(zhì)顯示出更好的循環(huán)穩(wěn)定性,50次循環(huán)后電池容量保持在130 mAh·g~(-1),且?guī)靷愋式咏?00%。因此,該凝膠電解質(zhì)為發(fā)展新型高安全性鋰電池提供了一種新的思路,來(lái)克服傳統(tǒng)電解液存在的問題。接著,本文用簡(jiǎn)便的方法合成了一種新型季銨類離子液體聚合物,并將其與LLZO、鋰鹽復(fù)合制備成復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。新型季銨類離子液體聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)具有非常高的電化學(xué)窗口,可達(dá)到5.5 V。它的離子電導(dǎo)率為2.2×10~(-4) S·cm~(-1)(50℃),且在50℃下有較好的循環(huán)性能,循環(huán)初期存在一個(gè)活化現(xiàn)象,穩(wěn)定后,放電容量可保持在125 mAh·g~(-1)。庫(kù)倫效率始終保持在100%左右。該固態(tài)電解質(zhì)有望配合高電壓正極材料來(lái)制備高壓全固態(tài)聚合物鋰離子電池。為高電壓電池和電池安全性提供了一種新方案。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O646.1;TM912
【圖文】：

圖 1-1 LiCoO2/石墨鋰離子電池工作原理［22］離子電池主要是由正負(fù)極材料、隔膜和電解質(zhì)材料構(gòu)成。現(xiàn)下主流要可以分為方形電池、圓柱形鋼殼和聚合物鋁塑膜電池。方形電池殼放入層疊的方形電芯，然后注入電解液，進(jìn)行密封。方形電池在高，隨著動(dòng)力汽車的興起，國(guó)內(nèi)很多動(dòng)力電池廠商多采用鋁殼方形為它的較為簡(jiǎn)單，不需要過多附件，所以整體重量要輕，相對(duì)能量用卷繞或疊片工藝。但方形電池存在市場(chǎng)型號(hào)太多，工藝難統(tǒng)一的鋰電池最成熟的是 18650 型電池，最早由日本 SONY 公司于 199史悠久，且其具有成熟的卷繞工藝，產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，成本較低。所非常。一般其需要安裝保護(hù)原件（PTC），對(duì)電池提供安全保護(hù)。電池與方形電池、圓柱形電池最顯著的差別是它的軟包裝材料，這電池中極為重要，同時(shí)它的技術(shù)難度也是最高的。聚合物鋁塑膜電意形狀，且厚度較前兩者更薄，在小型移動(dòng)設(shè)備中比較受青睞。

圖 1-2 鋰離子在全固態(tài)電解質(zhì)中的傳遞機(jī)理［59］氧烷類因?yàn)榫哂徐`活的結(jié)構(gòu)，合成較為簡(jiǎn)單，電化學(xué)性能也一種非常有潛力的固態(tài)聚合物電解質(zhì)基體。和前兩種固體電具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和較高的離子電導(dǎo)率，這是因?yàn)槌Ｈ犴樀?Si-O 鏈節(jié)，但同時(shí)這類聚合物的力學(xué)性能也較差，聯(lián)等方法來(lái)提高它的力學(xué)性能。在這十幾年鋰，已經(jīng)有很多研氧烷聚合物具有極高的室溫離子電導(dǎo)率，其中有一些甚至和的離子電導(dǎo)率相差無(wú)幾，但它們的力學(xué)性能都比較差。LIU［硅氧烷（PMHS）作為原料，在 PMHS 主鏈上接上側(cè)鏈， 然定性能較為優(yōu)異的 PVDF 共混來(lái)改善聚硅氧烷的性能，所得僅具有較高的離子電導(dǎo)率，同時(shí)具有良好的機(jī)械性能。當(dāng)電解 30%時(shí)，其離子電導(dǎo)率較高，在 25℃與 80℃條件下分別為.8 10-4S cm-1。當(dāng)電解質(zhì)中鋰鹽的含量為 20%時(shí)，該固態(tài)電化學(xué)穩(wěn)定性更為優(yōu)異。此時(shí)，它的初始溫度在 300℃左右，電

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 唐致遠(yuǎn),李建剛,薛建軍;鋰電池正極材料LiMn_2O_4的改性與循環(huán)壽命[J];化學(xué)通報(bào);2000年08期

本文編號(hào)：2735193