新型聚合物电解质在高比能量锂电池中的应用及研究

发布时间：2017-11-25 11:24

  本文关键词：新型聚合物电解质在高比能量锂电池中的应用及研究

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【摘要】：锂离子电池在诸多方面都展示了广阔的发展应用前景和巨大的经济利益,被认为是最好的电动汽车动力电源方案。但随着人们对电动汽车需求的不断提升,对锂电池的能量密度等方面有了更高的要求,发展更高能量密度的电池体系显得极为迫切。然而,当前传统锂电池中应用的非水系电解液在高电压下分解的问题极大的限制了高电压锂电池的使用。在高电压锂电池中,商业有机电解液很难在高于4.3 V以上的工作电压下保持电化学稳定,并且在高电压充电过程中电解液在与电极表面接触的界面受到过渡金属离子的催化作用持续分解,形成过厚的钝化层,最终导致电池性能大大降低。聚合物电解质具备较高的安全性、优越的外形设计灵活性以及更高的质量比能量,能有效解决上述传统电解液使用所带来的问题,成为新一代锂离子二次电池研究的热点。本论文针对高电压锂电池聚合物电解质存在的问题,进行了相关研究,主要工作内容如下:1.成功制备了一种刚柔并济的基于聚氰基丙烯酸乙酯(PEC A)-聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)无纺布骨架的复合凝胶聚合物电解质。这种电解质表现出了良好的机械强度(38 MPa)、宽的电化学窗口(4.7 V)以及高的室温离子导电率(2.6×10-3 S cm-1)。将基于聚氰基丙烯酸乙酯的凝胶聚合物电解质匹配Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2/石墨组装成电池,电池循环性能大大提高:在3.6~4.3 V电压下充放电循环200圈后容量保持率达到91%;在充电截止电压提高到在4.6 V进行充放电循环时,循环200圈后其放电容量仍然能够达到首次放电容量的70%,远远优于基于液态电解液组装的三元材料/石墨全电池。另外,得益于凝胶电解质有效的抑制了有机溶剂的分解和活性过渡金属元素的沉积溶解,基于凝胶聚合物电解质组装的电池在高电压循环下表现出了较高的充放电效率。2.通过溶液浇灌法制备了一种基于聚碳酸丙烯酯-纤维素的复合凝胶聚合物电解质。我们分别对样品的微观形貌进行表征,并对其机械强度及电化学方面的交流阻抗、线性伏安扫描和电池性能进行了测试。结果表明:SEM测试该复合聚合物电解质形貌均匀,表面平整没有孔隙的存在,机械强度测试表明其复合聚合物就有良好的力学性能。与液态电解质浸没隔膜相比,在室温下该复合电解质浸泡电解液后表现出了更高的离子电导率(1.14×10-3 S cm-1)、更高的离子迁移数(0.75)以及更稳定的电化学窗口(5 V)。上述优点使其基于此凝胶聚合物电解质的镍锰酸锂电池在5 V高电压下循环稳定性和倍率性能大大提高。3.锂硫电池由于自身具有高比能量密度以及价格优廉等优点得到了人们越来越广泛的关注,但是其自身由于在反应过程中聚硫离子的溶解迁移导致循环性能非常的差。我们首次制备了一种基于聚碳酸丙烯酯复合在纤维素上的聚合物电解质,并添加碳纸夹层对其锂硫电池进行改性。结果表明,即使在应用不加修饰的纯硫极片的情况下,0.2 C倍率下电流进行循环,电池的初始容量达到1400 mAh g-1,并且随着循环次数的增加衰减比较缓慢。这样的研究结果证明了基于聚碳酸丙烯酯的聚合物电解质对阻止聚硫离子的穿梭提升锂硫电池的综合性能有重要作用。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912

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本文编号：1225869