凝胶聚合物电解质的制备及其在锂硫电池中的应用
发布时间：2021-01-22 07:22
锂硫电池由于比容量高、硫资源丰富、价格低廉且环境友好,成为下一代高比能电池的首选。然而液态电池中锂多硫化物的穿梭效应会严重影响其循环寿命。采用聚合物固态电解质取代商业隔膜不仅能够增加电池的安全性,抑制多硫化物的穿梭和锂枝晶的生长等,同时通过成分控制和结构设计能够有效提高电解质的离子电导率,这将显著提高锂硫电池的综合性能。本论文设计采用凝胶聚合物固态电解质制备准固态锂硫电池,分别制备了双层电解质膜、紫外光聚合的三维电解质膜和具有“核壳”结构的电解质膜,对电解质膜的离子电导率,锂离子迁移数等进行测试,组装准固态锂硫电池系统研究了其电化学性能。（1）为了优化电解质层与锂负极的界面特性,设计由高电导率层和过渡层构成的双层电解质膜,并且在组装电池时分别与正、负极接触。高电导率层由聚丙烯腈（PAN）和Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3（LATP）组成,其中PAN作为该层的聚合物基体能充分发挥其高离子电导率的优势,从而保证电解质膜的电化学性能。但PAN会与锂负极发生钝化,因此与负极接...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚合物电解质的性能要求
在固态聚合物电解质中,锂盐和聚合物基体不是独立存在的,而是通过配位作用结合,这样不仅可以降低电解质基体和电极的反应活性,而且能够更有效地传递锂离子,从而提高电池整体的电化学性能和安全性能。更重要的是,无液化的电池可以大大降低电池的体积和质量,从而进一步提高电池的能量密度和功率密度。同时,柔性的电解质不仅能够实现超薄化,而且能够设计各种形状来满足不同场景和产品的需求[76]。叠片式和卷绕式是目前在市场上流通的俩种聚合物锂电池,其中TCL、ATL俩家公司主要生产叠片式的锂电池,索尼、东芝主要生产卷绕式的锂电池。当然,无论什么形态的电池,以目前的生产技术都可以将电池制备到4 mm以下的厚度[77]。图1.4展示了柔性电池中电解质和正负极之间的装配模型图,因为正负极和电解质都可以用柔性材料来制备,这将极大地增加电池的应用范围,为未来锂离子电池的发展提供了新的思路。1.3.3 准固态聚合物电解质(凝胶型聚合物电解质)
同时,聚合物电解质的改性方式也有多种,包括多种有机物共混、共聚、交联、开发单离子导体聚合物电解质、开发高盐型聚合物电解质、加入增塑剂、发展有机/无机复合体系等[81-83]。通过这些研究工作,全固态聚合物电解质的综合性能得到了很大提升,但可以看到未来能够商业化的全固态聚合物电解质必定不能通过一种改性方法获得,而是多种改性手段的复合。图1.6常用的塑化剂及其分子构型
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池负极材料的制备及应用进展[J]. 严旭明,冯光炷,黄雪. 化工新型材料. 2019(07)
[2]Housing Sulfur in Polymer Composite Frameworks for Li–S Batteries[J]. Luke Hencz,Hao Chen,Han Yeu Ling,Yazhou Wang,Chao Lai,Huijun Zhao,Shanqing Zhang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[3]Poly（ethylene carbonate）-based electrolytes with high concentration Li salt for all-solid-state lithium batteries[J]. Zi-Jian He,Li-Zhen Fan. Rare Metals. 2018(06)
[4]Lithium ion conduction and ion-polymer interaction in poly（vinyl pyrrolidone） based electrolytes blended with different plasticizers[J]. K.Kesavan,Chithra M.Mathew,S.Rajendran. Chinese Chemical Letters. 2014(11)
硕士论文
[1]新型锂硫电池正极材料及凝胶电解质研究[D]. 赵金星.江汉大学 2019
[2]全固态聚合物电解质的制备及其在锂硫电池中的应用研究[D]. 赵旭东.华中科技大学 2015
本文编号：2992825
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚合物电解质的性能要求
在固态聚合物电解质中,锂盐和聚合物基体不是独立存在的,而是通过配位作用结合,这样不仅可以降低电解质基体和电极的反应活性,而且能够更有效地传递锂离子,从而提高电池整体的电化学性能和安全性能。更重要的是,无液化的电池可以大大降低电池的体积和质量,从而进一步提高电池的能量密度和功率密度。同时,柔性的电解质不仅能够实现超薄化,而且能够设计各种形状来满足不同场景和产品的需求[76]。叠片式和卷绕式是目前在市场上流通的俩种聚合物锂电池,其中TCL、ATL俩家公司主要生产叠片式的锂电池,索尼、东芝主要生产卷绕式的锂电池。当然,无论什么形态的电池,以目前的生产技术都可以将电池制备到4 mm以下的厚度[77]。图1.4展示了柔性电池中电解质和正负极之间的装配模型图,因为正负极和电解质都可以用柔性材料来制备,这将极大地增加电池的应用范围,为未来锂离子电池的发展提供了新的思路。1.3.3 准固态聚合物电解质(凝胶型聚合物电解质)
同时,聚合物电解质的改性方式也有多种,包括多种有机物共混、共聚、交联、开发单离子导体聚合物电解质、开发高盐型聚合物电解质、加入增塑剂、发展有机/无机复合体系等[81-83]。通过这些研究工作,全固态聚合物电解质的综合性能得到了很大提升,但可以看到未来能够商业化的全固态聚合物电解质必定不能通过一种改性方法获得,而是多种改性手段的复合。图1.6常用的塑化剂及其分子构型
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池负极材料的制备及应用进展[J]. 严旭明,冯光炷,黄雪. 化工新型材料. 2019(07)
[2]Housing Sulfur in Polymer Composite Frameworks for Li–S Batteries[J]. Luke Hencz,Hao Chen,Han Yeu Ling,Yazhou Wang,Chao Lai,Huijun Zhao,Shanqing Zhang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[3]Poly（ethylene carbonate）-based electrolytes with high concentration Li salt for all-solid-state lithium batteries[J]. Zi-Jian He,Li-Zhen Fan. Rare Metals. 2018(06)
[4]Lithium ion conduction and ion-polymer interaction in poly（vinyl pyrrolidone） based electrolytes blended with different plasticizers[J]. K.Kesavan,Chithra M.Mathew,S.Rajendran. Chinese Chemical Letters. 2014(11)
硕士论文
[1]新型锂硫电池正极材料及凝胶电解质研究[D]. 赵金星.江汉大学 2019
[2]全固态聚合物电解质的制备及其在锂硫电池中的应用研究[D]. 赵旭东.华中科技大学 2015
本文编号：2992825
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2992825.html
