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聚合物电解质的合成在锂离子电池中的应用研究

发布时间:2020-06-30 10:12
【摘要】:21世纪以来,锂离子电池因为具有比容量高、储电量大、工作电压高、无记忆效应、循环寿命长等优点,在当今社会显示出广阔的发展前景和巨大的经济效益,尤其在电动汽车动力电源领域。但当下的常见商用锂离子电池仍存在缺点:一是人们对锂离子电池的能量密度和大倍率充放电性能有了更高的要求,作为电动汽车的动力电源,目前的续航里程略低;二是对高电压电池的需求,从3 V到5 V;三是高安全性锂离子电池的需求,传统锂离子电池中的液态电解质存在易燃、易挥发、易泄漏,有毒性等安全隐患问题,因此需要寻找新型电解质体系。基于上述问题,本文从寻找新型电池电解质体系为切入口,对聚合物电解质在锂离子电池中的应用进行研究。因为聚合物电解质具有较高的安全性、更高的质量比容量和灵活的外观设计性,可以有效解决传统电解液存在的问题。本文的主要研究内容如下:首先,本文合成了一种主链为聚醚醚酮,侧链为含氟磺酰亚胺基梳状聚合物,该聚合物具有良好的热稳定性。将该聚合物与不同增塑剂(PC、G4)复合,得到SPEEK-PFSILi/PC型和SPEEK-PFSILi/G4型凝胶电解质,并对凝胶电解质进行了性能测试。由于聚合物上的芳香环主链结构和氟化烷基侧链,凝胶电解质都具有较高的电化学窗口(4.8 V)和良好的热稳定性能。凝胶电解质中不存在小分子锂盐,阴离子在聚合物链段上,无法自由移动,因此它们的锂离子迁移数非常高(0.9左右)。其中,SPEEK-PFSILi/PC型凝胶电解质具有更高的吸液率(103%),更优异的离子电导率,室温下可达1.3×10~(-4) S·cm~(-1)。低温时,SPEEK-PFSILi/PC型凝胶电解质的循环性能较为优异,放电容量可达130 mAh·g~(-1)(0.1C、25℃)。而70℃下,SPEEK-PFSILi/G4型凝胶电解质显示出更好的循环稳定性,50次循环后电池容量保持在130 mAh·g~(-1),且库伦效率接近100%。因此,该凝胶电解质为发展新型高安全性锂电池提供了一种新的思路,来克服传统电解液存在的问题。接着,本文用简便的方法合成了一种新型季铵类离子液体聚合物,并将其与LLZO、锂盐复合制备成复合固态电解质。新型季铵类离子液体聚合物复合固态电解质具有非常高的电化学窗口,可达到5.5 V。它的离子电导率为2.2×10~(-4) S·cm~(-1)(50℃),且在50℃下有较好的循环性能,循环初期存在一个活化现象,稳定后,放电容量可保持在125 mAh·g~(-1)。库伦效率始终保持在100%左右。该固态电解质有望配合高电压正极材料来制备高压全固态聚合物锂离子电池。为高电压电池和电池安全性提供了一种新方案。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O646.1;TM912
【图文】:

锂离子电池,石墨,工作原理,电池


图 1-1 LiCoO2/石墨锂离子电池工作原理[22]离子电池主要是由正负极材料、隔膜和电解质材料构成。现下主流要可以分为方形电池、圆柱形钢壳和聚合物铝塑膜电池。方形电池壳放入层叠的方形电芯,然后注入电解液,进行密封。方形电池在高,随着动力汽车的兴起,国内很多动力电池厂商多采用铝壳方形为它的较为简单,不需要过多附件,所以整体重量要轻,相对能量用卷绕或叠片工艺。但方形电池存在市场型号太多,工艺难统一的锂电池最成熟的是 18650 型电池,最早由日本 SONY 公司于 199史悠久,且其具有成熟的卷绕工艺,产品品质稳定,成本较低。所非常。一般其需要安装保护原件(PTC),对电池提供安全保护。电池与方形电池、圆柱形电池最显著的差别是它的软包装材料,这电池中极为重要,同时它的技术难度也是最高的。聚合物铝塑膜电意形状,且厚度较前两者更薄,在小型移动设备中比较受青睐。

传递机理,全固态,锂离子,电解质


图 1-2 锂离子在全固态电解质中的传递机理[59]氧烷类因为具有灵活的结构,合成较为简单,电化学性能也一种非常有潜力的固态聚合物电解质基体。和前两种固体电具有较低的玻璃化转变温度和较高的离子电导率,这是因为常柔顺的 Si-O 链节,但同时这类聚合物的力学性能也较差,联等方法来提高它的力学性能。在这十几年锂,已经有很多研氧烷聚合物具有极高的室温离子电导率,其中有一些甚至和的离子电导率相差无几,但它们的力学性能都比较差。LIU[硅氧烷(PMHS)作为原料,在 PMHS 主链上接上侧链, 然定性能较为优异的 PVDF 共混来改善聚硅氧烷的性能,所得仅具有较高的离子电导率,同时具有良好的机械性能。当电解 30%时,其离子电导率较高,在 25℃与 80℃条件下分别为.8 10-4S cm-1。当电解质中锂盐的含量为 20%时,该固态电化学稳定性更为优异。此时,它的初始温度在 300℃左右,电

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 唐致远,李建刚,薛建军;锂电池正极材料LiMn_2O_4的改性与循环寿命[J];化学通报;2000年08期



本文编号:2735193

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