【摘要】：21世紀以來,鋰離子電池因為具有比容量高、儲電量大、工作電壓高、無記憶效應、循環(huán)壽命長等優(yōu)點,在當今社會顯示出廣闊的發(fā)展前景和巨大的經濟效益,尤其在電動汽車動力電源領域。但當下的常見商用鋰離子電池仍存在缺點:一是人們對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,作為電動汽車的動力電源,目前的續(xù)航里程略低;二是對高電壓電池的需求,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體系�；谏鲜鰡栴},本文從尋找新型電池電解質體系為切入口,對聚合物電解質在鋰離子電池中的應用進行研究。因為聚合物電解質具有較高的安全性、更高的質量比容量和靈活的外觀設計性,可以有效解決傳統(tǒng)電解液存在的問題。本文的主要研究內容如下:首先,本文合成了一種主鏈為聚醚醚酮,側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)復合,得到SPEEK-PFSILi/PC型和SPEEK-PFSILi/G4型凝膠電解質,并對凝膠電解質進行了性能測試。由于聚合物上的芳香環(huán)主鏈結構和氟化烷基側鏈,凝膠電解質都具有較高的電化學窗口(4.8 V)和良好的熱穩(wěn)定性能。凝膠電解質中不存在小分子鋰鹽,陰離子在聚合物鏈段上,無法自由移動,因此它們的鋰離子遷移數(shù)非常高(0.9左右)。其中,SPEEK-PFSILi/PC型凝膠電解質具有更高的吸液率(103%),更優(yōu)異的離子電導率,室溫下可達1.3×10~(-4) S·cm~(-1)。低溫時,SPEEK-PFSILi/PC型凝膠電解質的循環(huán)性能較為優(yōu)異,放電容量可達130 mAh·g~(-1)(0.1C、25℃)。而70℃下,SPEEK-PFSILi/G4型凝膠電解質顯示出更好的循環(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,該凝膠電解質為發(fā)展新型高安全性鋰電池提供了一種新的思路,來克服傳統(tǒng)電解液存在的問題。接著,本文用簡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、鋰鹽復合制備成復合固態(tài)電解質。新型季銨類離子液體聚合物復合固態(tài)電解質具有非常高的電化學窗口,可達到5.5 V。它的離子電導率為2.2×10~(-4) S·cm~(-1)(50℃),且在50℃下有較好的循環(huán)性能,循環(huán)初期存在一個活化現(xiàn)象,穩(wěn)定后,放電容量可保持在125 mAh·g~(-1)。庫倫效率始終保持在100%左右。該固態(tài)電解質有望配合高電壓正極材料來制備高壓全固態(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。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院寧波材料技術與工程研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：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極材料、隔膜和電解質材料構成�，F(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，進行密封。方形電池在高，隨著動力汽車的興起，國內很多動力電池廠商多采用鋁殼方形為它的較為簡單，不需要過多附件，所以整體重量要輕，相對能量用卷繞或疊片工藝。但方形電池存在市場型號太多，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，產品品質穩(wěn)定，成本較低。所非常。一般其需要安裝保護原件（PTC），對電池提供安全保護。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，同時它的技術難度也是最高的。聚合物鋁塑膜電意形狀，且厚度較前兩者更薄，在小型移動設備中比較受青睞。

圖 1-2 鋰離子在全固態(tài)電解質中的傳遞機理［59］氧烷類因為具有靈活的結構，合成較為簡單，電化學性能也一種非常有潛力的固態(tài)聚合物電解質基體。和前兩種固體電具有較低的玻璃化轉變溫度和較高的離子電導率，這是因為常柔順的 Si-O 鏈節(jié)，但同時這類聚合物的力學性能也較差，聯(lián)等方法來提高它的力學性能。在這十幾年鋰，已經有很多研氧烷聚合物具有極高的室溫離子電導率，其中有一些甚至和的離子電導率相差無幾，但它們的力學性能都比較差。LIU［硅氧烷（PMHS）作為原料，在 PMHS 主鏈上接上側鏈， 然定性能較為優(yōu)異的 PVDF 共混來改善聚硅氧烷的性能，所得僅具有較高的離子電導率，同時具有良好的機械性能。當電解 30%時，其離子電導率較高，在 25℃與 80℃條件下分別為.8 10-4S cm-1。當電解質中鋰鹽的含量為 20%時，該固態(tài)電化學穩(wěn)定性更為優(yōu)異。此時，它的初始溫度在 300℃左右，電

【參考文獻】

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1 唐致遠,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];化學通報;2000年08期

本文編號：2735193