硫基固态电解质制备、改性及其在全固态锂硫电池中的应用
发布时间：2020-12-04 09:09
随着新能源电动汽车及电网储能等对储能电池需求的提高,对未来二次电池的应用提出了更高能量密度和安全性的发展要求。全固态锂硫（Li-S）电池中以固态电解质替代有机液态电解质,可以消除由于多硫化合物引起的“穿梭效应”,同时由于固态电解质具有优异的力学性能,可以有效抑制金属锂负极在循环过程中锂枝晶的产生和生长造成的电池短路。另外,固态电解质一般在空气中具有良好稳定性,可以解决由液态电解液泄露等引起的安全隐患问题。因此,全固态Li-S电池被认为是未来二次电池产业化的发展方向之一。全固态Li-S电池性能及其产业化发展的关键因素在于固态电解质的性质,硫基固态电解质具有室温下离子电导率高,电化学窗口宽,溶液法制备简单,力学性能好等特点,被认为是未来最有应用潜力的固态电解质。为推进基于硫基固态电解质的全固态Li-S电池产业化的发展,进一步提高固态电解质电导率,改善电极与电解质之间的界面相容性是目前被广泛关注的两个主要问题。为此,本课题围绕这两个关键科学问题进行了研究,主要研究内容如下:（1）利用液相反应法制备硫基固态电解质,研究反应溶剂、热处理温度对硫基固态电解质物相结构以及性能的影响。通过对实验制备参...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１固态电解质电池的发展时间线示意图１５
率、宽的电化学窗口、良好的界面相容性、良好的力学性能、化学（电化学）稳??定性好、制备简单、环境友好、成本较低等，但是现阶段同时可以具备以上诸多??条件的固态电解质材料现阶段尚未研发成功４６＿４９。图１．３总结了目前固态电解质??材料的性能特点１５，固态电解质主要分为有机聚合物类固态电解质、无机固态电??解质与有机／无机复合固态电解质等，其中有机聚合物类固态电解质是采用锂盐??与聚合物复合形成的电解质，其一般室温下离子电导率较低，而在玻璃化转变温??度以上具有较高的电导率，同时，其具有良好的柔軔性及拉伸剪切，易于制备成??穿戴式柔性电池。但有机聚合物固态电解质室温下离子电导率较低，电化学窗口??较窄，不适用于高电压正极材料的电池％５３。且其力学强度不高，在锂金属作为??负极组装的电池电化学循环充放电时，锂枝晶容易穿透电解质造成电池短路１４，５２。??相对于有机聚合物固态电解质
Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｔｈｅｎｎａｌ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｉｏｎｉｃ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｓｏｌｉｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ?ｏｆ?ｉｎｏｒｇａｎｉｃ?ｓｏｌｉｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ，??？?＊??ｏｒｇａｎｉｃ?ｌｉｑｕｉｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ，?ｐｏｌｙｍｅｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ，?ｉｏｎｉｃ?ｌｉｑｕｉｄｓ?ａｎｄ?ｇｅｌ?ｅｌｅｃｔｒｏｈｔｅｓ．??硫基固态电解质中锂离子的传输方式有两种，一种是对于非晶态硫化物材料??中Ｌｉ＋与非桥硫的不断络合、解离进行，另一种是在结晶态硫化物材料中存在锂??离子传输通道。非晶态硫化物是无机玻璃典型的网络结构，一般由网络形成硫化??物（Ｐ２Ｓ５、ＳｉＳ２等）和网络改性硫化物（Ｌｌ２Ｓ）组成相互连接网络，形成硫化物相互连??接的长程无序的分子链。网络改性硫化物Ｌｉ２Ｓ进入玻璃网络长链中，打破硫桥，??形成非桥硫，非桥硫只形成一个化学键，且带有一个电子，可以与带有一个正电??荷的Ｕ＋正负电子相互作用，不断络合、解离，使Ｌｉ＋在电势差作用下进行定向迁??移，如图１．５所示１２，６２，６３。??Ｌｉ＊?Ｌｉ＊??？－？＊?（？＾Ｓ?Ｌｉ＊?｜??Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??＊Ｓ－（ｓｆ—Ｐ?＝?Ｓ?＋?２（ｊｒ－？ｙ？ｚ）Ｌｉ?＾???ｗ?＊Ｓ?Ｐ＝Ｓ?４＊?（Ｘ＋ｙ＋Ｚ）Ｌｉ２Ｓ??ｙ?｜?Ｃｈａｒｇｅ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?Ｉ??（－?ｓ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]为全固态锂电池“正名”[J]. 许晓雄,李泓. 储能科学与技术. 2018(01)
[2]All-solid-state lithium batteries with inorganic solid electrolytes:Review of fundamental science[J]. 姚霞银,黄冰心,尹景云,彭刚,黄祯,高超,刘登,许晓雄. Chinese Physics B. 2016(01)
[3]硫代快离子导体电解质材料的研究进展[J]. 张隆,杨坤,董建英,芦磊. 燕山大学学报. 2015(02)
[4]锂离子电池基础科学问题(X)——全固态锂离子电池[J]. 张舒,王少飞,凌仕刚,高健,吴娇杨,肖睿娟,李泓,陈立泉. 储能科学与技术. 2014(04)
[5]锂离子电池PEO-LATP/LAGP陶瓷复合电解质膜的制备与性能表征[J]. 黄乐之,温兆银,靳俊,刘宇. 无机材料学报. 2012(03)
本文编号：2897332
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１固态电解质电池的发展时间线示意图１５
率、宽的电化学窗口、良好的界面相容性、良好的力学性能、化学（电化学）稳??定性好、制备简单、环境友好、成本较低等，但是现阶段同时可以具备以上诸多??条件的固态电解质材料现阶段尚未研发成功４６＿４９。图１．３总结了目前固态电解质??材料的性能特点１５，固态电解质主要分为有机聚合物类固态电解质、无机固态电??解质与有机／无机复合固态电解质等，其中有机聚合物类固态电解质是采用锂盐??与聚合物复合形成的电解质，其一般室温下离子电导率较低，而在玻璃化转变温??度以上具有较高的电导率，同时，其具有良好的柔軔性及拉伸剪切，易于制备成??穿戴式柔性电池。但有机聚合物固态电解质室温下离子电导率较低，电化学窗口??较窄，不适用于高电压正极材料的电池％５３。且其力学强度不高，在锂金属作为??负极组装的电池电化学循环充放电时，锂枝晶容易穿透电解质造成电池短路１４，５２。??相对于有机聚合物固态电解质
Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｔｈｅｎｎａｌ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｉｏｎｉｃ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｓｏｌｉｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ?ｏｆ?ｉｎｏｒｇａｎｉｃ?ｓｏｌｉｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ，??？?＊??ｏｒｇａｎｉｃ?ｌｉｑｕｉｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ，?ｐｏｌｙｍｅｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ，?ｉｏｎｉｃ?ｌｉｑｕｉｄｓ?ａｎｄ?ｇｅｌ?ｅｌｅｃｔｒｏｈｔｅｓ．??硫基固态电解质中锂离子的传输方式有两种，一种是对于非晶态硫化物材料??中Ｌｉ＋与非桥硫的不断络合、解离进行，另一种是在结晶态硫化物材料中存在锂??离子传输通道。非晶态硫化物是无机玻璃典型的网络结构，一般由网络形成硫化??物（Ｐ２Ｓ５、ＳｉＳ２等）和网络改性硫化物（Ｌｌ２Ｓ）组成相互连接网络，形成硫化物相互连??接的长程无序的分子链。网络改性硫化物Ｌｉ２Ｓ进入玻璃网络长链中，打破硫桥，??形成非桥硫，非桥硫只形成一个化学键，且带有一个电子，可以与带有一个正电??荷的Ｕ＋正负电子相互作用，不断络合、解离，使Ｌｉ＋在电势差作用下进行定向迁??移，如图１．５所示１２，６２，６３。??Ｌｉ＊?Ｌｉ＊??？－？＊?（？＾Ｓ?Ｌｉ＊?｜??Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??＊Ｓ－（ｓｆ—Ｐ?＝?Ｓ?＋?２（ｊｒ－？ｙ？ｚ）Ｌｉ?＾???ｗ?＊Ｓ?Ｐ＝Ｓ?４＊?（Ｘ＋ｙ＋Ｚ）Ｌｉ２Ｓ??ｙ?｜?Ｃｈａｒｇｅ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?Ｉ??（－?ｓ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]为全固态锂电池“正名”[J]. 许晓雄,李泓. 储能科学与技术. 2018(01)
[2]All-solid-state lithium batteries with inorganic solid electrolytes:Review of fundamental science[J]. 姚霞银,黄冰心,尹景云,彭刚,黄祯,高超,刘登,许晓雄. Chinese Physics B. 2016(01)
[3]硫代快离子导体电解质材料的研究进展[J]. 张隆,杨坤,董建英,芦磊. 燕山大学学报. 2015(02)
[4]锂离子电池基础科学问题(X)——全固态锂离子电池[J]. 张舒,王少飞,凌仕刚,高健,吴娇杨,肖睿娟,李泓,陈立泉. 储能科学与技术. 2014(04)
[5]锂离子电池PEO-LATP/LAGP陶瓷复合电解质膜的制备与性能表征[J]. 黄乐之,温兆银,靳俊,刘宇. 无机材料学报. 2012(03)
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