聚碳酸酯基固态聚合物电解质的结构设计与性能研究

发布时间：2020-12-10 04:44

　　当前,随着电动汽车的快速发展,对于电池的安全性能及能量密度提出越来越高的要求,固态锂金属电池被认为是最有希望的电池发展方向。然而,开发同时兼具高室温电导率、宽电化学窗口、高机械强度等综合性能的聚合物电解质是其实现应用的重要前提。一直以来在电解质结构设计上,机械强度和电导率难以兼顾,针对这一问题,本文设计了一种由机械支撑相与离子传导相组成的双相复合电解质,平衡机械强度与电导率之间的矛盾。采用理论计算系统研究了不同官能团对Li⁺迁移能力的影响,对离子传导相聚合物进行结构设计,并对其性能进行系统评价,深入分析官能团设计对电解质性能的影响机理。设计了由聚碳乙烯酸酯（PEC）作为离子传导相和PVDF-HFP作为机械支撑相的双相复合聚合物电解质FPEC。研究了两种聚合物与锂盐的相互作用,证明锂盐主要溶解于PEC中,形成高锂盐浓度的“polymer in salt”结构实现高电导率。同时利用密度泛函理论（DFT）研究了不同官能团与Li⁺的配位作用,结合实验结果,证明在PEC/PVDF-HFP界面,F原子参与Li⁺的配位,弱化-C=O与... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

锂离子电池工作原理图[14]

隔膜:与锂离子电池类似,为多孔且离子导通、电子绝缘的聚合物。锂硫电池的工作原理与传统锂离子电池的嵌入脱出机理不同,它的充放电过程十分复杂,是硫与锂结合的一系列可逆的氧化还原反应。随着硫与锂氧化还原反应的进行,形成了一系列可溶性的锂多硫化物(Li2Sx,3≤x≤8)的中间产物和最终产物Li2S2与Li2S。

Li-O2电池,也被称为锂-空气电池,但实际参与反应的是空气中的氧气。Li-O2电池不需要将正极活性物质储存在电池中,因此,Li-O2比传统的锂离子电池技术具有更高的能量密度,大约11,140 Wh kg–1,几乎可以与汽油媲美。顾名思义,Li-O2电池由一个使用氧气的空气正极和一个金属锂负极组成(见图1-5)。正极:由于Li-O2电池的正极活性物质为氧气,因此不需要密封于电池体系,正极部分实际为多孔导电材料(一般为碳材料)及催化剂组成的空气电极。


本文编号：2908104