全固态锂二次电池用新型自支撑复合电解质的研究

发布时间：2017-09-08 11:35

  本文关键词：全固态锂二次电池用新型自支撑复合电解质的研究

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【摘要】：锂二次电池的安全性是下一代高容量电池发展中一个亟需解决的问题。与液体电解质相比,固体聚合物电解质能够有效避免电解液泄露带来的安全隐患,但是全固态聚合物电解质的电导率较低、电化学窗口较窄,本文选取硫化物电解质Li10GeP2S12(LGPS)和NASICON结构的Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAGP)作为活性填料与聚氧乙烯(PEO)进行复合,制备了多种具有较高电导率和电化学稳定性的新型自支撑复合电解质膜。1.将具有高电导率和高电化学稳定性的硫化物电解质LGPS引入PEO基聚合物电解质中,制备获得一种新型的有机无机复合聚合物电解质。实验发现LGPS的加入对PEO基聚合电解质的电导率、锂离子迁移数和电化学稳定性有着积极的影响。通过DSC测试复合电解质的相转变行为,讨论了LGPS对提高复合电解质电导率的作用因素。测试复合电解的电导率,结果显示最佳比例的复合电解质在60oC下电导率为4.29×10-4S·cm-1,电化学窗口为5.2V。以新型复合电解质组装的LiFePO4/Li固态电池具良好的循环稳定性和倍率性能,在60oC 0.5C下充放电50周后容量保持率为92.5%,60oC时0.1 C,0.2 C,0.5 C和1 C倍率充放电容量分别为158,148,138和99mAh·g-1。这种新型的有机无机复合聚合物电解质有潜力应用于未来固态锂金属电池中。2.将三种不同工艺制备的LAGP颗粒与PEO基聚合物电解质进行复合,对比不同LAGP颗粒对复合电解质性能的影响。对复合电解质的电导率、锂离子迁移数和相转变行为进行测试,结果显示结晶度高、粒径小的LAGP颗粒与PEO复合效果最好。相对于纯的PEO基聚合物电解质,最佳比例的复合电解质60oC下锂离子电导率提高了184%,同时电化学窗口增加至5.3V。但是PEO-LAGP复合电解质对锂界面阻抗较大,为了提高界面兼容性,在与金属锂界面处引入PEO-LGPS复合电解质,测试结果显示不仅对锂界面阻抗有了明显改善,电池性能也有了显著提高。
【关键词】：固体聚合物电解质 全固态锂电池 活性填料 硫化物锂离子导体 钠离子导体结构
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ317;TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 引言11-12
• 1.2 固态锂二次电池简介12-16
• 1.3 无机固体电解质16-20
• 1.3.1 氧化物固体电解质17-18
• 1.3.2 硫化物固体电解质18-20
• 1.4 聚合物电解质20-25
• 1.4.1 全固态聚合物电解质20-21
• 1.4.2 凝胶聚合物电解质21-22
• 1.4.3 复合聚合物电解质22-25
• 1.5 选题思路及研究内容25-27
• 第2章 实验材料与研究方法27-33
• 2.1 实验药品和仪器27-28
• 2.2 材料表征28-29
• 2.2.1 场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）28
• 2.2.2 X射线衍射分析（XRD）28
• 2.2.3 差式扫描量热分析（DSC）28-29
• 2.3 电解质电化学性能表征29-31
• 2.3.1 电解质膜电导率29-30
• 2.3.2 电解质膜锂离子迁移数30
• 2.3.3 电解质膜电化学窗口30
• 2.3.4 电解质膜对锂稳定性30-31
• 2.4 电池组装和测试31-33
• 2.4.1 电极制备31
• 2.4.2 电池组装和测试31-33
• 第3章 Li_(10)GeP_2S_(12)与PEO基聚合物电解质复合33-46
• 3.1 引言33-34
• 3.2 复合电解质的制备34
• 3.3 测试结果和讨论34-44
• 3.3.1 LGPS的形貌和对ACN的稳定性分析34-36
• 3.3.2 复合聚合物电解质的热力学性质36-37
• 3.3.3 复合聚合物电解质的电导率分析37-40
• 3.3.4 复合聚合物电解质的电化学稳定性分析40-41
• 3.3.5 复合聚合物电解质的对锂稳定性分析41-42
• 3.3.6 复合聚合物电解质的电池性能分析42-44
• 3.4 小结44-46
• 第4章 Li_(1.5)Al_(0.5)Ge_(1.5)(PO_4)_3与PEO基聚合物电解质复合46-61
• 4.1 引言46
• 4.2 复合电解质膜的制备46-47
• 4.2.1 复合电解质膜的制备46-47
• 4.2.2 多层复合电解质膜的制备47
• 4.3 PEO-LAGP复合电解质测试结果和讨论47-57
• 4.3.1 不同LAGP颗粒的形貌及对ACN的稳定性分析47-49
• 4.3.2 复合聚合物电解质的电导率分析49-53
• 4.3.3 复合聚合物电解质的热力学性质53-54
• 4.3.4 复合聚合物电解质的电化学稳定性分析54-55
• 4.3.5 复合聚合物电解质的对锂稳定性分析55-56
• 4.3.6 复合聚合物电解质的电池性能分析56-57
• 4.4 多层复合电解质性能测试与分析57-60
• 4.4.1 多层复合聚合物电解质的对锂稳定性分析57-58
• 4.4.2 多层复合聚合物电解质的电池性能分析58-60
• 4.5 小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-71
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单71-72
• 致谢72-73

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本文编号：813795