锂离子电池凝胶聚合物电解质的改性研究

发布时间：2017-10-14 10:27

  本文关键词：锂离子电池凝胶聚合物电解质的改性研究

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【摘要】：凝胶聚合物电解质(Gel Polymer Electrolytes,GPE)因兼具液态电解质的高离子电导率、固态电解质的高安全性,同时集隔膜与电解质功能于一体,成为当前高安全性、高可靠性锂离子电池的研究前沿与热点。然而,GPE在机械强度、热学稳定性、电化学性能等方面还需要进一步改善。本论文以PVDF-HFP基聚合物电解质为研究对象,首先研究了PMMA对PVDF-HFP聚合物电解质的共混改性;然后研究了无机纳米粒子对PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质的掺杂改性;最后研究了导锂材料对PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质的掺杂改性。主要研究结果如下:(1)研究了PMMA对PVDF-HFP聚合物电解质的共混改性。研究结果表明PMMA共混后,能显著改进PVDF-HFP聚合物电解质的电化学性能:当PMMA的共混量为50%时,PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质具有最优的性能,其吸液率为160%,室温离子电导率达到1.35×10-3S/cm;在0.2C倍率下,初始容量为143.6m Ah/g,循环50次后容量保持率还能达到80%。(2)研究了Ti O2、Sn O2、Mo O3无机纳米粒子对PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质的掺杂改性。研究结果表明无机纳米粒子掺杂能显著提高聚合物电解质的性能:5 wt%Ti O2掺杂的复合聚合物电解质具有多孔且连续的网状结构,显著提高了其热稳定性;吸液率高达267%,离子电导率高达2.49×10-3S/cm,电化学稳定窗口达到4.75V,在0.2C、5C倍率下,电池容量分别为188.1、80.3m Ah/g;5 wt%Sn O2掺杂的复合聚合物电解质具有不规则的网状结构,吸液率高达193%,离子电导率达到1.52×10-3S/cm,电化学稳定窗口达到5.25V,在0.2C、2C倍率下,电池容量分别为147.7、95.6m Ah/g;5 wt%Mo O3掺杂的复合聚合物电解质具有密集的小孔结构,吸液率高达232%,离子电导率达到1.83×10-3S/cm,电化学稳定窗口达到5.5V,在0.2C、2C倍率下,电池容量分别为173.5、100.7m Ah/g。(3)研究了导锂材料Li Co O2和Li Mn2O4对聚合物电解质的掺杂改性。研究结果表明Li Co O2和Li Mn2O4导锂材料掺杂能显著改进聚合物电解质的电化学性能:Li Co O2和Li Mn2O4导锂材料掺杂后,离子电导率从掺杂前的1.35×10-3S/cm分别提高到了1.64×10-3S/cm和1.90×10-3S/cm;电化学稳定窗口分别提高到了4.25V和5.25V;将其分别运用在“Li Co O2/Li”电池和“Li Mn2O4/Li”电池中,电池的循环和倍率性能都得到了很好的改善。
【关键词】：PVDF-HFP PMMA 聚合物电解质 无机材料掺杂 锂离子电池
【学位授予单位】：四川师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1. 绪论10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 锂离子电池的简介10-12
• 1.3 锂离子电池的原理12-13
• 1.4 锂离子电池的电解质13-16
• 1.5 凝胶聚合物电解质的制备及改性16-19
• 1.6 本论文的立项背景及主要研究内容19-21
• 2 实验部分21-27
• 2.1 实验药品与设备21-22
• 2.2 聚合物电解质的制备22-24
• 2.3 聚合物电解质的表征与测试方法24-27
• 3 PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质的制备及性能研究27-34
• 3.1 引言27
• 3.2 PVDF-HFP/PMMA聚合物膜的组成和晶体结构27-28
• 3.3 PVDF-HFP/PMMA聚合物膜的热稳定性28-29
• 3.4 PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质的离子电导率29-31
• 3.5 PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质的电池性能31-32
• 3.6 本章小结32-34
• 4 无机材料改性PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质的制备及性能研究34-54
• 4.1 引言34
• 4.2 PVDF-HFP/PMMA/TiO_2复合聚合物电解质的性能研究34-41
• 4.3 PVDF-HFP/PMMA/SnO_2复合聚合物电解质的性能研究41-47
• 4.4 PVDF-HFP/PMMA/MoO_3复合聚合物电解质的性能研究47-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 导锂材料改性PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质的制备及性能研究54-68
• 5.1 引言54
• 5.2 PVDF-HFP/PMMA/LiCoO_2导锂聚合物电解质的性能研究54-61
• 5.3 PVDF-HFP/PMMA/LiMn2O4导锂聚合物电解质的性能研究61-66
• 5.4 本章小结66-68
• 6 结论与展望68-70
• 参考文献70-81
• 致谢81-82
• 硕士期间研究成果82

【参考文献】

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本文编号：1030569