鋰空氣電池相比于鋰離子電池具有更高的理論比容量,可以滿(mǎn)足人們?cè)陔妱?dòng)汽車(chē)、軍事、航空等領(lǐng)域?qū)?chǔ)能系統(tǒng)的要求,是一種十分有潛力的新型儲(chǔ)能技術(shù)。但是目前大多數(shù)鋰空氣電池使用的都是有機(jī)電解液,電解液易受到充放電過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧化物的親核攻擊,發(fā)生副反應(yīng),導(dǎo)致副產(chǎn)物堆積,降低電池的循環(huán)性能。此外,有機(jī)電解液易燃,本身存在安全隱患,且不能很好地抑制鋰枝晶,容易造成電池短路和熱失控,發(fā)生嚴(yán)重的安全問(wèn)題。由聚合物電解質(zhì)與鋰鹽和無(wú)機(jī)填料組成的復(fù)合聚合物電解質(zhì)（CPE）,具有更好地穩(wěn)定性,可以耐活性氧物質(zhì)腐蝕,抑制鋰枝晶,避免安全問(wèn)題。而且CPE具有良好的柔韌性,可以很好地降低電解質(zhì)/電極之間的界面阻抗。本論文首先制備了一種由聚偏氟乙烯（PVDF）和Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）顆粒復(fù)合的固體電解質(zhì)（CPE）,并對(duì)其形貌,電化學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。測(cè)試了未摻雜的PVDF電解質(zhì)和不同含量LLZO摻雜的CPE在不同溫度下的電導(dǎo)率。結(jié)果表明含有10wt%LLZO的CPE性能最佳,在室溫下的離子電導(dǎo)率為1.17×10<... 

【文章來(lái)源】：天津工業(yè)大學(xué)天津市

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

現(xiàn)階段主要幾種充電電池的能量密度、估計(jì)的行駛距離和價(jià)格圖關(guān)系圖[35]

天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2為開(kāi)發(fā)新的儲(chǔ)能體系提供了可能[8,9]。由于固體電解質(zhì)具有以上優(yōu)點(diǎn)，在電池中使用固體電解質(zhì)的研究增長(zhǎng)迅速。1.2固體電解質(zhì)的分類(lèi)和發(fā)展現(xiàn)狀鋰空氣電池固體電解質(zhì)可以分為聚合物固體電解質(zhì)[10]，無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)[11]和復(fù)合固體電解質(zhì)[12]。其中聚合物固體電解質(zhì)一般使用具有良好成膜性的有機(jī)材料，如聚環(huán)氧乙烷（PEO）[13]，聚偏二氟乙烯（PVDF）[14]，例如聚（丙烯腈）（PAN）[15]，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）[16]等。無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)可以分為晶型無(wú)機(jī)電解質(zhì)和玻璃態(tài)非晶體固體電解質(zhì)，晶型無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)包括氧化物，氮化物，NASICON型，LISICON型，石榴石型和其他一些新型固體電解質(zhì)。玻璃非晶體固體電解質(zhì)包括氧化物玻璃和硫化物玻璃。圖1-1[17]為固體電解質(zhì)的發(fā)展歷程及電導(dǎo)率。由圖可以看出部分固體電解質(zhì)材料具有較高的電導(dǎo)率。石榴石型無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)材料LLZO電導(dǎo)率為3×10-4Scm，遠(yuǎn)高于聚合物固體電解質(zhì)。但是無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)界面阻抗過(guò)大，導(dǎo)致電池的工作電流和容量都十分的低。而復(fù)合電解質(zhì)可以在實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電性的同時(shí)適當(dāng)改善界面問(wèn)題。圖1-1固體電解質(zhì)的發(fā)展歷程及電導(dǎo)率[17]

的配合物可以傳輸離子[18]，然后賴(lài)特[19]和Armand等人提出把PEO用作電池中的固體電解質(zhì)。從那時(shí)起，各種具有高鋰離子傳導(dǎo)性的聚合物電解質(zhì)的研究十分火熱，出現(xiàn)了很多具有類(lèi)似性質(zhì)的聚合物材料。例如聚（丙烯腈）（PAN）[20,21]，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）[22,23]，聚氯乙烯（PVC）[24]，聚碳酸亞乙酯（PEC）[25]和聚偏二氟乙烯（PVDF）[26]。以上聚合物材料在室溫下鋰離子電導(dǎo)率相比于PEO十分的低，因此PEO在鋰電池中的應(yīng)用更為廣泛。PEO是一種聚醚化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為H-（O-CH2-CH2）n-OH，圖1-2為化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)PEO分子量的不同，PEO也稱(chēng)為聚乙二醇（PEG）。通常，PEO是分子量大于20000gmol-1的聚合物，而PEG是指環(huán)氧乙烷的低聚物或分子量小于20000gmol-1的聚合物。PEO的制備是在催化劑的作用下，環(huán)氧乙烷單體進(jìn)行開(kāi)環(huán)聚合來(lái)進(jìn)行的，PEO產(chǎn)量很大，可以方便的購(gòu)買(mǎi)，并且因?yàn)镻EO具有低毒性，所以其應(yīng)用范圍十分的廣，可用于很多領(lǐng)域，例如醫(yī)療，化學(xué)，生物，商業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域。圖1-2不同類(lèi)型的線性PEO的結(jié)構(gòu)[27]如上所述，PEO可以與鋰鹽中的鋰離子絡(luò)合形成聚合物電解質(zhì)。它的環(huán)氧乙烷（EO）單元具有較高的鋰離子供體數(shù)和高鏈柔性，這對(duì)促進(jìn)離子傳輸非常重要。另外，PEO具有高介電常數(shù)和較強(qiáng)的鋰離子溶劑化能力。所以，基于PEO的聚合物電解質(zhì)研究是最廣泛的。PEO是一種半結(jié)晶聚合物，具有活化鏈段的無(wú)定形相有助于離子遷移[28]。盡管有一些報(bào)告表明，結(jié)晶PEO可以提供比無(wú)定形PEO更大的離子電導(dǎo)率[29,30]。但是到目前為止，研究表明PEO結(jié)晶還是不利于鋰離子的遷移，因?yàn)榻Y(jié)晶時(shí)聚合物鏈動(dòng)力學(xué)變慢[31]。因此，基于PEO的電解質(zhì)的設(shè)計(jì)標(biāo)


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