钠离子电池高安全磷酸酯电解液及钠负极保护的研究

发布时间：2021-05-23 23:01

　　钠离子电池原材料来源广泛,未来在电动汽车、大规模储能等领域具有广阔的应用前景。然而,钠离子电池的研究目前仍处于起步阶段,存在安全性差、循环性能差、电解液不兼容及钠负极枝晶等问题,阻碍了其进一步的商业化进程。针对钠电池存在的这些问题,本论文从高安全电解液和钠金属负极保护两方面进行研究,以提升钠电池的安全性和循环性能。本文针对钠离子电池安全性差的问题进行了高安全钠电池电解液的研究,引入具有阻燃作用的添加剂磷酸甲苯二苯酯（CDP）,以降低电解液的自熄时间、提高电解液的安全性及电池的循环稳定性。为检测阻燃剂的效果,利用自熄实验和自蔓延测试实验得到如下结果,添加CDP后钠电池电解液自熄时间有效降低,并且火焰蔓延能力减弱,电池安全性能有极大提高。结合溶液电导率测试结果,综合考虑电池的整体性能,添加30%CDP为最佳比例,并以此比例测试阻燃电解液的电化学性能。电化学测试结果表明,以普鲁士蓝为正极时,电池的循环性能有所提高,首次充放电曲线基本一致,说明30%CDP添加剂对普鲁士蓝正极电化学性能无不良影响。CDP的加入既可提高电池安全性,又可提高电池循环性能。在抑制金属钠负极枝晶生长的研究中,采用三维集... 

【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】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 钠电池电解质的概述
        1.2.1 有机电解液
        1.2.2 固态电解质
        1.2.3 离子液体电解质
        1.2.4 凝胶电解质
        1.2.5 阻燃电解液的发展
    1.3 钠金属保护方法的概述
        1.3.1 引入电解液添加剂形成稳定的SEI膜
        1.3.2 在金属钠表面引入保护层
        1.3.3 构建三维多孔材料容纳钠金属
        1.3.4 其他策略
    1.4 本课题研究的目的意义及主要内容
第2章 实验仪器及研究方法
    2.1 实验材料及实验设备
        2.1.1 实验试剂与材料
        2.1.2 实验仪器与设备
    2.2 实验材料的制备与电池的组装
        2.2.1 磷酸钒钠的制备
        2.2.2 普鲁士蓝类似物正极材料的制备
        2.2.3 镀锡铜网的制备
        2.2.4 阻燃电解液的制备
        2.2.5 电池极片的制备与电池组装
        2.2.6 镀锡铜网复合钠负极的制备
    2.3 电化学性能测试
        2.3.1 充放电性能测试
        2.3.2 交流阻抗测试
        2.3.3 电导率测试
    2.4 物理测试与表征
        2.4.1 扫描电子显微镜分析
        2.4.2 X-射线粉末衍射分析
        2.4.3 红外光谱分析
        2.4.4 X射线光电子能谱分析
第3章 磷酸甲苯二苯酯对钠离子电池碳酸酯电解液影响的研究
    3.1 引言
    3.2 CDP对电解液热稳定性的影响
        3.2.1 理论计算
        3.2.2 CDP对电解液自熄时间的影响
        3.2.3 CDP对电解液火焰蔓延速率的影响
    3.3 CDP对电解液基本性质的影响
        3.3.1 CDP对电解液电导率的影响
        3.3.2 CDP对电解液电化学稳定性的影响
        3.3.3 CDP对电解液化学稳定性的影响
    3.4 CDP对电池兼容性的研究
        3.4.1 CDP对正极循环性能的影响
        3.4.2 CDP对正极倍率性能的影响
        3.4.3 CDP对负极循环性能的影响
        3.4.4 CDP对钠负极稳定性的影响
    3.5 CDP对正极电化学性能作用机理分析
        3.5.1 正极表面形貌分析
        3.5.2 正极界面阻抗分析
        3.5.3 正极表面的红外光谱分析
        3.5.4 正极表面X射线衍射分析
        3.5.5 正极表面XPS分析
    3.6 本章小结
第4章 金属钠负极保护的研究
    4.1 引言
    4.2 镀锡铜网三维集流体负极的研究
        4.2.1 镀锡铜网三维集流体设计思路及形貌表征
        4.2.2 镀锡铜网与金属钠亲和性表征
        4.2.3 镀锡铜网三维集流体对钠金属电池性能的影响
    4.3 NaBr保护层钠负极对钠金属电池影响的研究
        4.3.1 NaBr保护层负极的设计思路
        4.3.2 NaBr保护层对钠负极电化学性能的影响
        4.3.3 NaBr层保护对钠金属电池的作用研究
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]中国能源高质量发展内涵与路径研究[J]. 代红才,张运洲,李苏秀,张宁.  中国电力. 2019(06)
[2]钠离子电池先进功能材料的研究进展[J]. 向兴德,卢艳莹,陈军.  化学学报. 2017(02)
[3]钠离子电池的电解质[J]. 朱娜,吴锋,吴川,白莹,李翌通.  储能科学与技术. 2016(03)
[4]钠离子储能电池关键材料[J]. 金翼,孙信,余彦,丁楚雄,陈春华,官亦标.  化学进展. 2014(04)



本文编号：3203119