鋰（Li）二次電池因其高能量密度和優(yōu)異的循環(huán)性能被認(rèn)為是最有前景的能量存儲(chǔ)設(shè)備之一,因而廣泛應(yīng)用于電子器件和電動(dòng)汽車領(lǐng)域。但商用鋰二次電池普遍采用易燃易爆的液態(tài)電解液,使電池存在著極大的安全隱患。聚氧化乙烯（PEO）基聚合物電解質(zhì)具有使用安全,可折疊,易于制造等優(yōu)點(diǎn),有望解決電池的安全問題并提高能量密度。但PEO基電解質(zhì)存在著離子電導(dǎo)率低、機(jī)械性能差、界面不穩(wěn)定等諸多問題,極大地限制了其在電池中的應(yīng)用。本論文針對(duì)上述問題,通過電解質(zhì)修飾,設(shè)計(jì)出多種室溫離子電導(dǎo)率高、機(jī)械性能好的PEO基聚合物電解質(zhì),通過表界面處理,制備穩(wěn)定的金屬Li負(fù)極和聚合物電解質(zhì)的界面。借助脈沖梯度場核磁共振（PFG NMR）、冷凍透射電鏡（cryo-TEM）、掃描電鏡（SEM）、X射線光電子能譜（XPS）等手段分析表界面調(diào)控機(jī)制及材料作用機(jī)制。主要研究內(nèi)容如下:（1）采用合成的硼酸鎂（Mg₂B₂O₅）納米線修飾PEO-Li TFSI電解質(zhì),研究Mg₂B₂O₅對(duì)PEO基電解質(zhì)離子電導(dǎo)率... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：153 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

鋰二次電池應(yīng)用領(lǐng)域Figure1-1.ApplicationofLisecondarybatteriesinvariousfields[4]

浙江工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文2優(yōu)點(diǎn)，成為未來的重點(diǎn)發(fā)展方向。因此鋰二次電池中高能量密度，高安全電極和相關(guān)電解質(zhì)材料的研發(fā)迫在眉睫。雖然能量密度取決于電極材料，但其實(shí)際的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)性能卻也與電解質(zhì)材料息息相關(guān)，且高能量密度電池的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹄姵氐陌踩躁P(guān)注度更高[5]。因此，研發(fā)優(yōu)異的電解質(zhì)材料，具有極大的前景。1.2鋰二次電池簡介及安全性1.2.1鋰電池發(fā)展歷程及工作原理自1799年意大利科學(xué)家伏特發(fā)明第一個(gè)電池（伏特電堆）以來，經(jīng)過長期的研究和發(fā)展，化學(xué)電源經(jīng)歷著從鉛酸電池到鎳鎘電池到鎳氫電池，到鋰離子（金屬）電池的發(fā)展（圖1-2）。其中，鋰電池因其高能量密度，長循環(huán)壽命等優(yōu)勢，成為目前化學(xué)電源研究的重點(diǎn)。圖1-2電池的發(fā)展和能量密度對(duì)比圖Figure1-2.Thedevelopmentofbatteriesandacomparisonofenergydensity[6]在20世紀(jì)70年代，人們研發(fā)了以Li/SOCl2和Li/MnO2為代表的一次鋰電池體系。至80年代起，人們將鋰電池用于可充電電池中，但金屬Li負(fù)極非�；顫�，Li生長的枝晶很容易刺穿隔膜造成電池短路，引發(fā)電池安全問題。因此，鋰二次電池的研發(fā)轉(zhuǎn)向更安全的電池。M.Armand等人于1980年首次提出“搖椅式電池”的概念，以嵌Li材料作為正負(fù)極，規(guī)避因?yàn)榻饘貺i負(fù)極的安全問題[7]。其中Scrosati用LiWO2為負(fù)極，TiS2為正極，組裝了“搖椅式電池”，Goodenough也于1981年提出以LiMO2作為電池正極材料，揭開了鋰離子電池的雛形[8]。1987年，以MoO2為負(fù)極材料，LiCoO2為正極材料的鋰離子電池首次組裝，正極具有高嵌Li電位和

聚氧化乙烯基聚合物電解質(zhì)的可控構(gòu)筑與界面調(diào)控3優(yōu)良的結(jié)構(gòu)可逆性。1990年，Sony公司將石油焦作為電池負(fù)極材料，成功實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的商品化[9]，至此，鋰電池及相關(guān)材料體系的發(fā)展進(jìn)一步趨向成熟。鋰電池的研究經(jīng)過了漫長的階段，可見人類生活對(duì)能源的巨大需求，因而對(duì)鋰電池的性能也提出更高的要求。鋰離子電池的工作原理是Li+在碳負(fù)極和嵌入化合物正極之間的可逆嵌入和脫出過程，利用Li+在正負(fù)極之間形成嵌入化合物的Li儲(chǔ)存狀態(tài)和電位的不同，通過電子的得失來實(shí)現(xiàn)充電和放電的過程。以層狀富鋰化合物L(fēng)iMO2（M=Co，Ni或Mn）正極，石墨負(fù)極為例，在充電過程中，Li+從正極脫出，釋放一個(gè)電子，Li+在化學(xué)勢梯度的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)過電解質(zhì)遷移到負(fù)極，嵌入石墨中，同時(shí)外電路補(bǔ)償電荷給石墨負(fù)極，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)。電池放電時(shí)則相反（圖1-3）。圖1-3鋰離子電池充放電過程的示意圖Figure1-3.Schematicillustrationsshowingthecharge/dischargeprocessofLiionbattery[10]反應(yīng)式如下：正極反應(yīng)：LiMO2=Li1-xMO2+xLi++xe-負(fù)極反應(yīng)：6C+xLi++xe-=LixC6電池反應(yīng)：LiMO2+6C=Li1-xMO2+LixC61.2.2鋰電池的安全性鋰二次電池在碰撞，敲擊，高溫，針刺等極端情況可能會(huì)導(dǎo)致隔膜破裂，使

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Poly（ethylene carbonate）-based electrolytes with high concentration Li salt for all-solid-state lithium batteries[J]. Zi-Jian He,Li-Zhen Fan.  Rare Metals. 2018(06)



本文編號(hào)：3389705