单离子凝胶聚合物电解质的制备及其锂硫电池电化学性能研究
发布时间：2021-11-21 12:39
地球上硫含量丰富,用作Li-S电池的正极材料时具有高达1675 mAh g-1的理论比容量,能量密度达2600 Wh kg-1。但在充放电反应过程中,硫生成可溶性的多硫化物,在Li负极表面沉积,形成“穿梭”效应,导致库伦效率低,引起循环性能恶化;生成电绝缘的不溶性Li2S/Li2S2,导致倍率性能差,严重阻碍了Li-S电池的商业化应用。为改善Li-S电池的电化学性能,使用固态聚合物电解质解决电池的穿梭问题的相关研究,已经引起大力关注。但固态聚合物电解质的室温离子导电率低。而凝胶聚合物电解质虽然室温离子导电率高,但是Li+离子迁移数低,易引起较大的极化。为改善凝胶聚合物电解质的电化学性能,本论文以P（VDF-HFP）聚合物为基体,合成离子液体增塑的单离子凝胶聚合物电解质,并进行氮化硼纳米材料填充改性,制备纳米复合单离子凝胶聚合物电解质。研究内容包括:（1）在P（VDF-HFP）/离子液体溶液中,加入锂化MAA单体,采用原位聚合诱导相分离的方法,在玻璃片上流延...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的结构
图 1.2 典型嵌入阴极的晶体结构：(a) 层状 (LiCoO2)、(b) 尖晶石 (LiMn2O4)、(c) 橄榄石 (LiFePO4) 和 (d) tavorite (LiFeSO4F)[32]（1）LiCoO2正极材料由 Goodenough[36]推出的第一代正极材料，LiCoO2(LCO)，由索尼公司推动其商业化，至今仍然被用于大多数商业锂离子电池。分别位于八面体 3a 和3b 位的 Co 和 Li 与立方堆积的氧层交替形成六角形对称性（图 1.2a），这种结构有利于锂离子的自由穿梭脱嵌。因此，LCO 具有较高的理论体积容量(1363mAh cm-3)和比容量(274 mAh g-1)、较高的离子电导率（扩散系数高达 5×10-9cm2S-1）、较低的自放电、较高的放电电压和良好的循环性能，是综合性能较佳一种正极材料。主要的限制是实际比容量达不到理想数值，高成本，低热稳定性和快速容量衰减等。实际上，在 2.5~4.3 V 电压范围内 LCO 只能脱 0.5 个 Li，所以造成比容量只有 140 mAh g-1[37]。且当工作电压大于 4.2 V 时，会诱导材料晶格从六角形到单斜对称的畸变，这种变化恶化了循环性能，造成容量减少。由于 Co 的高成本，造成 LCO 正极的价格昂贵。低热稳定性是指锂金属氧化物正极加热到某一温度点以上时，放热释放出氧气，导致反应失控，在此过程中
碳的容量较高，但作为商业石墨电极其容量依然需要进一步其进行改性，常往层状结构的碳材料中嵌入不同元素。一般是将包、硫镁、铝等金属或者非金属离子引入碳层间对其进行改性[56]。钛氧化物 (Li4Ti5O12/LTO) LTO 已成功商业化，因为它结合了卓越相对高的体积容量和良好的循环性能，尽管钛的成本较高、电池较低（175 mAh g-1，600 mAh cm-3理论）。稳定性源于其零应变的锂化电势。LTO 被视为零应变，因为锂脱嵌引起的相变仅导致微的(0.2%)变化。此外，较高的平衡电位 (1.55 V vs. Li/Li+) 使得 L于 1 V 的电位窗口中运行，在很大程度上避免了负极 SEI 的形成减慢 Li 的嵌入并减少石墨负极中的 Li 损失。此外，LTO 是非常安的高电位阻止了 Li 枝晶的形成，即使在高倍率下。因此，虽然 和 Li+扩散系数不高，但它仍然是较好的负极材料。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池用聚合物凝胶电解质研究进展[J]. 赵世勇. 电池工业. 2014(01)
[2]锂电池凝胶聚合物电解质的研究进展[J]. 张兰,张世超. 电源技术. 2013(11)
[3]偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物基微孔-凝胶聚合物电解质的研究进展[J]. 李朝晖,张汉平,张鹏,吴宇平. 高分子通报. 2007(07)
[4]纳米SiO2表面基团对复合聚合物电解质性质的影响[J]. 杜洪彦,程琥,李涛,杨勇. 电源技术. 2005(05)
[5]纳米Al2O3填充PVDF-HFP电解质的Li+离子输运特性[J]. 李朝晖,苏光耀,王霞瑜,李小平,高德淑. 电源技术. 2004(09)
[6]锂离子蓄电池电解液研究进展[J]. 高阳,谢晓华,解晶莹,刘庆国. 电源技术. 2003(05)
[7]锂离子电池及其电解液[J]. 李强,钟光祥. 浙江化工. 2002(03)
博士论文
[1]锂离子电池中聚合物电解质多孔膜的制备及其结构与性能研究[D]. 操建华.浙江大学 2005
本文编号：3509527
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的结构
图 1.2 典型嵌入阴极的晶体结构：(a) 层状 (LiCoO2)、(b) 尖晶石 (LiMn2O4)、(c) 橄榄石 (LiFePO4) 和 (d) tavorite (LiFeSO4F)[32]（1）LiCoO2正极材料由 Goodenough[36]推出的第一代正极材料，LiCoO2(LCO)，由索尼公司推动其商业化，至今仍然被用于大多数商业锂离子电池。分别位于八面体 3a 和3b 位的 Co 和 Li 与立方堆积的氧层交替形成六角形对称性（图 1.2a），这种结构有利于锂离子的自由穿梭脱嵌。因此，LCO 具有较高的理论体积容量(1363mAh cm-3)和比容量(274 mAh g-1)、较高的离子电导率（扩散系数高达 5×10-9cm2S-1）、较低的自放电、较高的放电电压和良好的循环性能，是综合性能较佳一种正极材料。主要的限制是实际比容量达不到理想数值，高成本，低热稳定性和快速容量衰减等。实际上，在 2.5~4.3 V 电压范围内 LCO 只能脱 0.5 个 Li，所以造成比容量只有 140 mAh g-1[37]。且当工作电压大于 4.2 V 时，会诱导材料晶格从六角形到单斜对称的畸变，这种变化恶化了循环性能，造成容量减少。由于 Co 的高成本，造成 LCO 正极的价格昂贵。低热稳定性是指锂金属氧化物正极加热到某一温度点以上时，放热释放出氧气，导致反应失控，在此过程中
碳的容量较高，但作为商业石墨电极其容量依然需要进一步其进行改性，常往层状结构的碳材料中嵌入不同元素。一般是将包、硫镁、铝等金属或者非金属离子引入碳层间对其进行改性[56]。钛氧化物 (Li4Ti5O12/LTO) LTO 已成功商业化，因为它结合了卓越相对高的体积容量和良好的循环性能，尽管钛的成本较高、电池较低（175 mAh g-1，600 mAh cm-3理论）。稳定性源于其零应变的锂化电势。LTO 被视为零应变，因为锂脱嵌引起的相变仅导致微的(0.2%)变化。此外，较高的平衡电位 (1.55 V vs. Li/Li+) 使得 L于 1 V 的电位窗口中运行，在很大程度上避免了负极 SEI 的形成减慢 Li 的嵌入并减少石墨负极中的 Li 损失。此外，LTO 是非常安的高电位阻止了 Li 枝晶的形成，即使在高倍率下。因此，虽然 和 Li+扩散系数不高，但它仍然是较好的负极材料。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池用聚合物凝胶电解质研究进展[J]. 赵世勇. 电池工业. 2014(01)
[2]锂电池凝胶聚合物电解质的研究进展[J]. 张兰,张世超. 电源技术. 2013(11)
[3]偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物基微孔-凝胶聚合物电解质的研究进展[J]. 李朝晖,张汉平,张鹏,吴宇平. 高分子通报. 2007(07)
[4]纳米SiO2表面基团对复合聚合物电解质性质的影响[J]. 杜洪彦,程琥,李涛,杨勇. 电源技术. 2005(05)
[5]纳米Al2O3填充PVDF-HFP电解质的Li+离子输运特性[J]. 李朝晖,苏光耀,王霞瑜,李小平,高德淑. 电源技术. 2004(09)
[6]锂离子蓄电池电解液研究进展[J]. 高阳,谢晓华,解晶莹,刘庆国. 电源技术. 2003(05)
[7]锂离子电池及其电解液[J]. 李强,钟光祥. 浙江化工. 2002(03)
博士论文
[1]锂离子电池中聚合物电解质多孔膜的制备及其结构与性能研究[D]. 操建华.浙江大学 2005
本文编号：3509527
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3509527.html
