發(fā)布時(shí)間：2021-12-31 00:47

　　鋰離子電池自商業(yè)化以來已被廣泛應(yīng)用于人們生活的方方面面,極大地改變了生產(chǎn)和生活方式。近年來,伴隨電動汽車及儲能行業(yè)需求的不斷提升,鋰離子電池的能量密度也被進(jìn)一步提高。但與此同時(shí),鋰離子電池的火災(zāi)安全性問題也更加突出。商業(yè)鋰離子電池內(nèi)部組分為易燃材料,帶電電極材料儲存較高的能量,特別是低閃點(diǎn)的有機(jī)碳酸酯液態(tài)電解質(zhì)的高度易燃及泄漏問題是造成鋰離子電池火災(zāi)安全事故的重要因素。因此開發(fā)本質(zhì)安全型的固態(tài)化電解質(zhì)是降低其火災(zāi)安全隱患的根本手段之一。本文針對商業(yè)化液態(tài)電解質(zhì)易燃、易泄漏的問題,開展了安全型二氧化硅基離子凝膠準(zhǔn)固態(tài)、鈉超離子導(dǎo)體型（NASICON）無機(jī)固態(tài)、無機(jī)-有機(jī)聚合物復(fù)合型固態(tài)電解質(zhì)的合成、電化學(xué)及安全性能的相關(guān)研究,電解質(zhì)的安全性明顯提高并最終獲得了性能良好的全固態(tài)電池。首先,開展了二氧化硅基離子凝膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)相關(guān)研究。使用硅酸四乙酯（TEOS）作為硅源,鹽酸作為催化劑,1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[BMIm][BF4]）作為離子液體,三氟甲磺酸鋰（LiOTf）或雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰（LiTFSI）作為鋰鹽,通過快速溶膠凝膠法制備了兩種二氧化硅基離子凝膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)。該... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：130 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－２．鋰離子電池安全問題引發(fā)因素??１．１．２鋰離子電池安全問題解決對策??

?第１章緒論???ｆ［￣?１?」ｆ??＿??暍讀??圖１－３．鋰離子電池工作原理示意圖??對提高電解質(zhì)安全性能方面，長期以來大量科技工作者對此進(jìn)行了廣泛而深??入的研宄，開發(fā)了種類豐富的電解質(zhì)，逐漸形成了以液態(tài)電解液為基礎(chǔ)，準(zhǔn)固態(tài)??電解質(zhì)為過渡，固態(tài)電解質(zhì)為最終目標(biāo)的技術(shù)趨勢。液態(tài)安全型電解質(zhì)主要包含??以阻燃化有機(jī)碳酸酯電解質(zhì)為主，準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)以離子凝膠電解質(zhì)為主，固態(tài)電??解質(zhì)包含有機(jī)聚合物固態(tài)電解質(zhì)和無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)。以傳統(tǒng)商業(yè)化有機(jī)碳酸酯電??解質(zhì)、離子凝膠電解質(zhì)及無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)為代表，表１－１簡單概括了其基本性質(zhì)。??下文將對上述三類電解質(zhì)的安全化策略進(jìn)行介紹，其中離子凝膠及無機(jī)固態(tài)電解??質(zhì)作為新一代電池的發(fā)展重點(diǎn)是本文的主要研究內(nèi)容將進(jìn)行詳細(xì)討論。???表１－１．有機(jī)碳酸酯液態(tài)、離子凝膠準(zhǔn)固態(tài)及無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)基本性能比較???＾?物理狀態(tài)有機(jī)碳酸酯液態(tài)離子凝膠準(zhǔn)固態(tài)?無機(jī)固態(tài)??室溫離子電導(dǎo)率?Ｍ?＞ｌ〇－３Ｓｃｍ－１?中等?ＭＯ＂４?Ｓ?ｃｎｒ１?ｆＳ?＜１０＾?Ｓ?ｃｍ＇１??界面性能?好?中等差??電化學(xué)穩(wěn)定性?差?中等?好??熱穩(wěn)定性?差?中等好??機(jī)械穩(wěn)定性?差?中等好??安全性?ｍ??好??１．２．１液態(tài)安全型電解質(zhì)??早期的絕大部分商業(yè)化鋰離子電池電解質(zhì)為鋰鹽溶解在有機(jī)碳酸酯溶劑中??形成的非水系液態(tài)電解質(zhì)，最常見的為六氟磷酸鋰鹽溶解在碳酸乙烯酯（ＥＣ）、??碳酸甲乙酯（ＥＭＣ）及碳酸二乙酯（ＤＥＣ）等混合溶劑中，該體系可為鋰離子電??池提供室溫工作條件下合適的電導(dǎo)率，較寬的電化學(xué)窗口和良好的電極相容性。??但這些商業(yè)化有機(jī)碳酸

解質(zhì)，離子通過配位鍵的不斷形成與斷裂，從一個(gè)配位點(diǎn)遷移至另一個(gè)配位??點(diǎn)，在聚合物鏈段內(nèi)以及不同鏈段間進(jìn)行遷移。此外，聚合物鏈段的局部運(yùn)動也??造成了鏈段上的離子遷移。因此在電場的作用下，這些微尺度上的遷移在宏觀上??則表現(xiàn)出離子的遠(yuǎn)距離傳輸［６８］。??Ｓｏｌｉｄ?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?Ｌｉｑｕｉｄ?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??Ｉ?Ｉ?＃０?＃??１?Ｉ?°０°?０＾??Ｂ?＼?Ａ?／?Ｓ?？?０??￡?＼ｊ?＼ｊ?１?—????Ｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｐｏｓｉｔｉｏｎ??圖１－５．移動離子在電解液溶劑和晶態(tài)固態(tài)中遷移勢能示意圖＿??⑴？無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)??無機(jī)鋰離子導(dǎo)電陶瓷材料主要包括鈣鈦礦型［７５］、石榴石型［７６，７７］、硫化物型［７２］??及ＮＡＳＩＣＯＮ型［別材料。??鈣鈦礦型固態(tài)電解質(zhì)的典型代表為Ｌｉ３ｘＬａ２／３＿ｘＴｉ０３?（ＬＬＴＯ），由Ｉｎａｇｕｍａ等人??＿于１９９３年首次報(bào)導(dǎo)。ＬＬＴＯ的晶體結(jié)構(gòu)如圖１－６＿所示，其中Ｌｉ＋和Ｌａ３＋占據(jù)??Ａ位點(diǎn)，Ｔｉ４＋占據(jù)Ｂ位點(diǎn)，０２？是Ｌｉ＋從一個(gè)Ａ位點(diǎn)遷移至另一?Ａ位點(diǎn)的潛在阻??礙。通過改變晶格參數(shù)可以降低氧的阻礙，增加鋰離子的擴(kuò)散空間從而提高離子??電導(dǎo)率叱但摻雜元素的含量必須嚴(yán)格控制，否則也會因?yàn)殇囯x子濃度的降低而??造成總電導(dǎo)率下降。此外，ＬＬＴＯ材料存在的另一重要問題是在電壓低于１．８?Ｖ??情況下不穩(wěn)定１川。利用Ｓｎ４＋，Ｚｒ４＋，Ｍｎ４＋和Ｇｅ４＋等進(jìn)一步替代Ｔｉ４＋卿制備新型鈣??鈦礦固態(tài)電解質(zhì)如?Ｌｂ／ｓＳｒｍｅＴａＭＺｒｍＣＭ?ＬＳＴＺ）＿和?Ｌｉ３／８Ｓｒ７／丨６Ｔａ３／４Ｈｆ１／４０３（?ＬＳＴＨ?）??［８４】，可以在一定

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]全固態(tài)鋰離子電池正極界面的研究進(jìn)展[J]. 李煜宇,李真.  中國材料進(jìn)展. 2020(04)
[2]固態(tài)鋰電池失效機(jī)制及其研究進(jìn)展[J]. 呂志文,張勝寒,董佳晨,王智麟.  山東化工. 2020(04)
[3]Enhanced ionic conductivity in LAGP/LATP composite electrolyte[J]. 凌仕剛,彭佳悅,楊琪,邱紀(jì)亮,盧嘉澤,李泓.  Chinese Physics B. 2018(03)
[4]Recent research progress on quasi-solid-state electrolytes for dye-sensitized solar cells[J]. Asif Mahmood.  Journal of Energy Chemistry. 2015(06)
[5]纖維素基離子凝膠聚合物電解質(zhì)的制備與性能[J]. 秦維超,呂樹芳,趙寧寧,馮曉瑞,尹晨歡,宋洪贊.  高分子材料科學(xué)與工程. 2015(09)
[6]鋰離子電池安全問題期待解決[J]. 劉春娜.  電源技術(shù). 2011(07)
[7]鋰離子電池失效分析之熱失控[J]. 呂媛媛,秦劍峰,宋楊,王彩娟,堵凡俊.  中國口岸科學(xué)技術(shù). 2020(05)

博士論文
[1]固體電解質(zhì)及固態(tài)鋰電池基礎(chǔ)與應(yīng)用研究[D]. 凌仕剛.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所) 2017
[2]離子液體聚合物基固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計(jì)、制備及其在鋰二次電池中的應(yīng)用研究[D]. 李曉偉.上海交通大學(xué) 2017
[3]石榴石型固態(tài)電解質(zhì)Li7La3Zr2O12及全固態(tài)鋰電池的制備和性能研究[D]. 邵重陽.武漢理工大學(xué) 2017
[4]新型固態(tài)化鋰二次電池及相關(guān)材料的制備與性能研究[D]. 譚國強(qiáng).北京理工大學(xué) 2014

碩士論文
[1]硫化物固體電解質(zhì)的制備及其電化學(xué)性能的研究[D]. 張慶.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所) 2019
[2]PVDF-HFP基復(fù)合聚合物電解質(zhì)的制備與性能研究[D]. 吳嘉欣.北京化工大學(xué) 2019
[3]硫化物固體電解質(zhì)材料的制備以及其對聚環(huán)氧乙烷基固態(tài)電解質(zhì)的改性研究[D]. 張寧.東北師范大學(xué) 2019
[4]基于NASICON型Li1+xAlxTi2-x（PO4）3復(fù)合電解質(zhì)的制備及電化學(xué)性能研究[D]. 史曉娟.湘潭大學(xué) 2018
[5]電動汽車用鋰離子電池典型安全問題研究[D]. 梁棟濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[6]高鋰離子電導(dǎo)率固體電解質(zhì)的制備與改性研究[D]. 楊菁.武漢理工大學(xué) 2013



本文編號：3559298