PVDF-HFP/NiO人工复合膜和表面改性在锂电极保护中的应用
发布时间：2021-05-05 21:50
锂离子电池作为目前应用极为广泛的二次能源储存装置,如何提高电池的各项性能,一直是众多研究人员努力的方向。在电池负极材料的选择方面,锂金属由于其极高的理论比容量（3861mAh/g）和极低的电极电位（-3.040vs氢标）,堪称是锂二次电池的理想负极材料。然而,将金属锂直接作为负极材料应用在锂电池内部,仍存在很多尚未解决的难题。其中最为突出的,就是锂负极在电池充放电循环的过程中的枝晶生长问题。锂枝晶的出现会导致电池容量下降、体积膨胀、甚至引发电池短路爆炸等严重的安全问题。基于以上原因,本文从不同的角度出发,通过在锂负极表面覆盖人工复合膜,和用官能团改性后的金属骨架对锂电极进行结构化处理的方法,希望可以优化电池负极结构,改善负极表面锂离子的沉积均匀程度,以实现枝晶生长的有效抑制,保护负极表面形貌,提高电池循环性能。（1）本文首先制备了高纯度NiO粉末,进而以PVDF-HFP成膜,按照NiO与PVDF-HFP的不同质量比,制备了PVDF-HFP/NiO人工复合膜并应用在Li/Li对称电池中,其中含有10%复合浓度的保护膜在实验中的保护效果尤为突出,在0.5mA/cm2的...
【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】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 本课题的研究背景
1.2 锂电池原理简介
1.3 锂枝晶生长理论
1.4 抑制锂枝晶生长策略
1.4.1 电解液的优化
1.4.2 固态电解质
1.4.3 结构化负极
1.4.4 锂金属表面改性
1.5 本论文的研究目的及意义
1.6 本论文主要研究内容
第二章 人工PVDF-HFP/NiO复合膜的制备及其在锂金属保护中的应用
2.1 引言
2.2 实验材料、仪器及表征测试方法
2.2.1 实验材料及试剂
2.2.2 表征及测试方法
2.3 PVDF-HFP/NiO复合膜的制备
2.3.1 NiO粉末的制备
2.3.2 PVDF-HFP/NiO复合膜的制备
2.4 复合膜的物相分析
2.5 PVDF-HFP/NiO复合膜在电池中的应用研究
2.5.1 PVDF-HFP/NiO复合膜对Li/Li对称电池性能影响
2.5.2 PVDF-HFP/NiO复合膜在Li-Cu半电池中的应用研究
2.5.3 PVDF-HFP/NiO复合膜对Li/NCM全电池的性能提升
2.6 复合膜对锂负极形成保护的机理解释
2.7 本章小结
第三章 利用聚丙烯腈改性泡沫铜骨架制备三维锂负极及其对电池性能的影响
3.1 引言
3.2 本章实验材料、设备及表征测试手段
3.3 铜电极的表面改性与表征
3.3.1 聚丙烯腈-铜片电极的制备
3.3.2 PAN硫代酰胺化溶液及电极片的物相表征
3.4 Li/Cu电池恒电流循环库伦效率测试:
3.5 泡沫铜代替铜片实验
3.5.1 泡沫铜电极与普通铜片电极性能对比
3.5.2 含氮官能团泡沫铜骨架Li/Cu半电池测试
3.5.3 含氮官能团泡沫铜骨架镀锂电极Li/Li对称电池
3.5.4 含氮官能团泡沫铜骨架镀锂电极Li/NCM全电池
3.6 实验机理
3.6.1 泡沫铜孔隙率的测定
3.6.2 表面结合能计算
3.7 本章小结
第四章 利用乙腈改性硫化后的泡沫铜骨架制备三维锂负极及其对电池性能的影响
4.1 引言
4.2 实验材料及仪器
4.3 铜片表面改性处理
4.3.1 含氮官能团铜片电极的制备
4.3.2 含氮官能团铜片电极的表征
4.4 Li/Cu半电池测试
4.5 泡沫铜表面改性处理及性能测试
4.5.1 Li/Cu半电池性能测试
4.5.2 Li/Li对称电池性能测试
4.5.3 Li/NCM全电池测试
4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Adsorption-energy-based activity descriptors for electrocatalysts in energy storage applications[J]. Youwei Wang,Wujie Qiu,Erhong Song,Feng Gu,Zhihui Zheng,Xiaolin Zhao,Yingqin Zhao,Jianjun Liu,Wenqing Zhang. National Science Review. 2018(03)
[2]Si-Based Anode Materials for Li-Ion Batteries:A Mini Review[J]. Delong Ma,Zhanyi Cao,Anming Hu. Nano-Micro Letters. 2014(04)
[3]锂离子电池SnS2基负极材料[J]. 刘欣,赵海雷,解晶莹,王可,吕鹏鹏,高春辉. 化学进展. 2014(09)
[4]锂离子电池基础科学问题（Ⅸ）——非水液体电解质材料[J]. 刘亚利,吴娇杨,李泓. 储能科学与技术. 2014(03)
[5]动力锂离子电池撞击过程中热稳定性研究[J]. 王宏伟,刘军,邓爽,肖海清,杜晓莉,王超,杨宗辉. 电池工业. 2012(02)
[6]PVDF-HFP锂离子电池膜的研究进展[J]. 张拴芬,辛冠琼,张学俊. 电池工业. 2012(01)
[7]Fe-Ni合金薄膜组成准确测量的XPS研究[J]. 王海,程斌,宋小平,刘芬. 稀有金属. 2010(03)
[8]新型能量储存系统评析[J]. 王高军,赵娜红,吴宇平. 新材料产业. 2008(05)
[9]硫代酰胺基螯合纤维的合成及其吸附性能研究[J]. 赵振新,马步伟,梁志宏,原思国,朱书全. 离子交换与吸附. 2006(05)
[10]镧镍铜钴储氢合金的制备与性质[J]. 高恩庆,周正宇. 应用化学. 1997(01)
博士论文
[1]锂离子电池氧化硅基复合负极材料的制备和电化学性能研究[D]. 吕鹏鹏.北京科技大学 2015
本文编号：3170642
【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】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 本课题的研究背景
1.2 锂电池原理简介
1.3 锂枝晶生长理论
1.4 抑制锂枝晶生长策略
1.4.1 电解液的优化
1.4.2 固态电解质
1.4.3 结构化负极
1.4.4 锂金属表面改性
1.5 本论文的研究目的及意义
1.6 本论文主要研究内容
第二章 人工PVDF-HFP/NiO复合膜的制备及其在锂金属保护中的应用
2.1 引言
2.2 实验材料、仪器及表征测试方法
2.2.1 实验材料及试剂
2.2.2 表征及测试方法
2.3 PVDF-HFP/NiO复合膜的制备
2.3.1 NiO粉末的制备
2.3.2 PVDF-HFP/NiO复合膜的制备
2.4 复合膜的物相分析
2.5 PVDF-HFP/NiO复合膜在电池中的应用研究
2.5.1 PVDF-HFP/NiO复合膜对Li/Li对称电池性能影响
2.5.2 PVDF-HFP/NiO复合膜在Li-Cu半电池中的应用研究
2.5.3 PVDF-HFP/NiO复合膜对Li/NCM全电池的性能提升
2.6 复合膜对锂负极形成保护的机理解释
2.7 本章小结
第三章 利用聚丙烯腈改性泡沫铜骨架制备三维锂负极及其对电池性能的影响
3.1 引言
3.2 本章实验材料、设备及表征测试手段
3.3 铜电极的表面改性与表征
3.3.1 聚丙烯腈-铜片电极的制备
3.3.2 PAN硫代酰胺化溶液及电极片的物相表征
3.4 Li/Cu电池恒电流循环库伦效率测试:
3.5 泡沫铜代替铜片实验
3.5.1 泡沫铜电极与普通铜片电极性能对比
3.5.2 含氮官能团泡沫铜骨架Li/Cu半电池测试
3.5.3 含氮官能团泡沫铜骨架镀锂电极Li/Li对称电池
3.5.4 含氮官能团泡沫铜骨架镀锂电极Li/NCM全电池
3.6 实验机理
3.6.1 泡沫铜孔隙率的测定
3.6.2 表面结合能计算
3.7 本章小结
第四章 利用乙腈改性硫化后的泡沫铜骨架制备三维锂负极及其对电池性能的影响
4.1 引言
4.2 实验材料及仪器
4.3 铜片表面改性处理
4.3.1 含氮官能团铜片电极的制备
4.3.2 含氮官能团铜片电极的表征
4.4 Li/Cu半电池测试
4.5 泡沫铜表面改性处理及性能测试
4.5.1 Li/Cu半电池性能测试
4.5.2 Li/Li对称电池性能测试
4.5.3 Li/NCM全电池测试
4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Adsorption-energy-based activity descriptors for electrocatalysts in energy storage applications[J]. Youwei Wang,Wujie Qiu,Erhong Song,Feng Gu,Zhihui Zheng,Xiaolin Zhao,Yingqin Zhao,Jianjun Liu,Wenqing Zhang. National Science Review. 2018(03)
[2]Si-Based Anode Materials for Li-Ion Batteries:A Mini Review[J]. Delong Ma,Zhanyi Cao,Anming Hu. Nano-Micro Letters. 2014(04)
[3]锂离子电池SnS2基负极材料[J]. 刘欣,赵海雷,解晶莹,王可,吕鹏鹏,高春辉. 化学进展. 2014(09)
[4]锂离子电池基础科学问题（Ⅸ）——非水液体电解质材料[J]. 刘亚利,吴娇杨,李泓. 储能科学与技术. 2014(03)
[5]动力锂离子电池撞击过程中热稳定性研究[J]. 王宏伟,刘军,邓爽,肖海清,杜晓莉,王超,杨宗辉. 电池工业. 2012(02)
[6]PVDF-HFP锂离子电池膜的研究进展[J]. 张拴芬,辛冠琼,张学俊. 电池工业. 2012(01)
[7]Fe-Ni合金薄膜组成准确测量的XPS研究[J]. 王海,程斌,宋小平,刘芬. 稀有金属. 2010(03)
[8]新型能量储存系统评析[J]. 王高军,赵娜红,吴宇平. 新材料产业. 2008(05)
[9]硫代酰胺基螯合纤维的合成及其吸附性能研究[J]. 赵振新,马步伟,梁志宏,原思国,朱书全. 离子交换与吸附. 2006(05)
[10]镧镍铜钴储氢合金的制备与性质[J]. 高恩庆,周正宇. 应用化学. 1997(01)
博士论文
[1]锂离子电池氧化硅基复合负极材料的制备和电化学性能研究[D]. 吕鹏鹏.北京科技大学 2015
本文编号：3170642
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