鋰金屬電池是一種能量密度較高的儲能設(shè)備,具有環(huán)境友好、能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)勢,但由于大多采用碳酸酯類有機溶劑的液態(tài)電解質(zhì),存在易泄漏、高溫易脹氣等問題,以上已成為鋰金屬電池發(fā)展的瓶頸問題。此外鋰離子不均勻沉積形成的枝晶易引發(fā)短路、燃燒甚至爆炸,給電池帶來很大的安全隱患。凝膠或固態(tài)聚合物電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì),可避免漏液的風(fēng)險,提高電池的安全性,其中固態(tài)電解質(zhì)由于室溫下離子電導(dǎo)率低,界面阻抗大,仍很難在室溫下應(yīng)用;凝膠電解質(zhì)結(jié)合液態(tài)與固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)勢,有望大幅度提高鋰電池的安全性。電場分布不均引起鋰離子不均勻沉積是形成枝晶的根本原因,提高電解質(zhì)的機械模量或鋰離子遷移數(shù)是解決這一問題的根本途徑。由于無機二氧化硅可增強凝膠電解質(zhì)基體膜的機械性能;離子液體具有電化學(xué)窗口寬、不揮發(fā)、電導(dǎo)率高,應(yīng)用于凝膠電解質(zhì)可提高其離子電導(dǎo)率和電化學(xué)窗口寬�；谝陨�,本研究提出一種由無機二氧化硅和哌啶類離子液體結(jié)合制備的二氧化硅納米顆粒負(fù)載哌啶離子液體(SiO_2PPTFSI)改性的PVDF-HFP凝膠電解質(zhì)以有效提高鋰金屬電池的安全性能。主要研究內(nèi)容如下:(1)采用三步法合成了SiO_2PPTFSI改性材料,選用質(zhì)譜、液體核磁光譜、傅里葉紅外光譜、固體核磁光譜等分析對中間產(chǎn)物和目的產(chǎn)物進行的表征。(2)選用靜電紡絲紡織出PVDF-HFP納米纖維膜,研究了紡絲液粘度、推注速度、操作電壓以及聚合物分子量大小四個條件,篩選出較優(yōu)的紡絲條件,并制備SiO_2PPTFSI改性納米纖維膜;選用高壓電解液增塑后得到了SiO_2PPTFSI改性凝膠電解質(zhì)。采用掃描電鏡(SEM)、動態(tài)機械分析儀(DMA)測試方法對其結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、機械性能分析,通過SEM觀測纖維膜的形貌知,該膜是由直徑100-150 nm纖維構(gòu)建的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),PVDF-HFP纖維表面光滑,SiO_2和SiO_2PPTFSI改性纖維表面較粗糙,有許多小突起。纖維膜的熱穩(wěn)定性優(yōu)于Celgard膜,在120℃下Celgard隔膜出現(xiàn)明顯卷曲,而纖維膜不發(fā)生收縮、卷曲,具有良好的穩(wěn)定性。SiO_2PPTFSI改性纖維膜的拉伸強度和伸長率優(yōu)于未改性PVDF-HFP和SiO_2改性纖維膜,拉伸強度為7.88 MPa,伸長率為135.8%。纖維膜比表面積大,吸液率高,纖維膜具有全通孔結(jié)構(gòu),孔隙率明顯高于商業(yè)化Celgard隔膜,可促進電池工作過程中動力學(xué)傳輸。(3)運用計時電流法(CA)、交流阻抗(EIS)、線性掃描(LSV)、對稱鋰電池循環(huán)、循環(huán)伏安(CV)等對電化學(xué)性能測試,并與未改性PVDF-HFP電解質(zhì)、SiO_2改性凝膠電解質(zhì)及用商業(yè)Celgard隔膜的高壓電解液進行了對比。分析知SiO_2PPTFSI改性PVDF-HFP凝膠電解質(zhì)的電化學(xué)性能優(yōu)異,其具有較高離子電導(dǎo)率0.639 mS cm~(-1),較大鋰離子遷移數(shù)0.597,電化學(xué)穩(wěn)定高達(dá)5.1 V,適用于高壓鋰電池;且與電極之間有較好相容性,可在一定程度上抑制鋰枝晶的形成,將其應(yīng)用于高壓Li/LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4電池,顯現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)與倍率性能,并保證電池的安全性,故具有廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ427.26;TM912
【部分圖文】：

1 引言推動新能源汽車等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，全面擴大新能源汽車領(lǐng)域的開放，這都助推汽車時代的到來，推動了鋰電池的快速發(fā)展。表 1.1 各國禁售燃油車時間表Table 1.1 Time table of the ban on the sale of fuel vehicles in various countries國家 年份荷蘭 2025挪威 2025德國 2030印度 2030英國 2040法國 2040

圖 1.2 靜電紡絲的裝置示意圖igure 1.2 Schematic device of electrospinnin改性膠電解質(zhì)，但不能同時滿足優(yōu)異電解導(dǎo)率低，不能與液態(tài)電解質(zhì)抗衡；組裝、存放和使用中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不強夠?qū)�，不適用于高電壓工作條件。性方法制備復(fù)合凝膠電解質(zhì)，使其克SiO2、TiO2、Al2O3等和離子液體是聚對于未改性凝膠電解質(zhì)，改性后電解[50]研究了不同粒徑的 AlO[OH]n對 PAlO[OH]n降低了聚合物的結(jié)晶度，

哌啶類離子液體（PPCl）反ction device of piperidine ion啶類離子液體的制備硅膠體溶液于 250 mL 單甲基哌啶鎓氯化物（PPC斗，緩慢逐滴加入二氧化 0.1 mol/L 的鹽酸調(diào)整 P應(yīng) 10 h，粗產(chǎn)物用甲醇00 r/min 離心，洗滌和離體負(fù)載在二氧化硅納米于 SiO2納米材料（SiO
【參考文獻】

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本文編號：2836450