MOFs基复合凝胶电解质的制备及其在储能系统中的应用

发布时间：2023-12-04 17:45

　　随着电动汽车的高速发展,传统的二次电源已无法满足大型电化学储能系统的需求。高能量密度和高安全性的固态电池成为下一代新型储能电源的研究热点。复合凝胶电解质不仅具有接近液体有机电解质的室温离子电导率,还具有优异的安全性能以及电化学性能,已成为固态电池的重要研究方向。本论文首次利用金属有机骨架(Metal-organicFrameworks,MOFs)作为凝胶电解质的基底材料来构建三维交联网络复合凝胶电解质,从正极材料、溶剂种类和基体材料等多方面展开研究,并通过相应的表征与测试手段分析其物理性质、电解质特性和电池性能,取得主要结果如下:(1)本文采用溶液静置法制备具有菱形十二面体结构和尺寸均匀的ZIF-8纳米材料。该材料颗粒尺寸小(约50 nm),比表面积大(约1460 m2/g),孔径为典型Type I微孔(约0.7nm)。本文采用擀膜-浸渍活化法制备具有三维交联微孔网络ZIF-8基复合凝胶电解质。研究发现:该复合凝胶电解质不仅具有较宽的电化学窗口范围0V～4.7V(vsLi+/Li),高锂离子迁移数(0.667),高室温离子电导率(约1.05×10-4S/cm);而且还与金属锂有着良好的...

【文章页数】：123 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 固态锂电池的简介
        1.2.1 固态锂电池的发展
        1.2.2 固态锂电池的工作原理与电池结构
        1.2.3 固态锂电池的优缺点及挑战
    1.3 固态电解质
        1.3.1 聚合物电解质
        1.3.2 无机固态电解质
        1.3.3 薄膜固态电解质
        1.3.4 复合固态电解质
        1.3.5 其他固态电解质
    1.4 固态电解质的研究现状
        1.4.1 电解质与正极材料的界面问题
        1.4.2 电解质与负极材料的界面
    1.5 本文的选题意义与研究内容
    参考文献
第二章 实验原理和方法
    2.1 实验所用材料与仪器
    2.2 材料表征方法与技术
        2.2.1 X-射线粉末衍射技术(XRD)
        2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)
        2.2.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.2.4 热重分析(TGA)
        2.2.5 氮气吸附脱附测试
        2.2.6 膜的吸液率和保液率表征
    2.3 电化学性能测试原理与方法
        2.3.1 电池的装配
        2.3.2 循环伏安测试(CV)
        2.3.3 线性扫描伏安测试(LSV)
        2.3.4 电化学交流阻抗测试(EIS)
        2.3.5 电解质对锂的沉积分析
        2.3.6 绝热加速量热法(ARC)
        2.3.7 恒电流充放电测试
    2.4 锂离子电池的电化学性能
    参考文献
第三章 ZIF-8基复合凝胶电解质的制备及其电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 ZIF-8基复合凝胶电解质的制备
        3.2.1 ZIF-8材料的制备
        3.2.2 ZIF-8多孔薄膜（ZIF-8 M)的制备
        3.2.3 ZIF-8复合凝胶电解质（ZIF-8 CGE)的制备
    3.3 材料的基本物理性质表征
        3.3.1 XRD结构表征
        3.3.2 SEM和TEM形貌表征
        3.3.3 热稳定性能分析
        3.3.4 氮气吸附测试
        3.3.5 膜的吸液率和保液率分析
        3.3.6 ZIF-8基复合凝胶电解质的安全性能分析
    3.4 ZIF-8基复合凝胶电解质特性表征
        3.4.1 电化学窗口分析
        3.4.2 锂离子迁移数测试
        3.4.3 离子电导率及其活化能测试
        3.4.4 对锂的稳定性分析
        3.4.5 金属锂的沉积分析
    3.5 ZIF-8基复合凝胶电解质的电池性能
        3.5.1 电池的组装
        3.5.2 循环伏安测试
        3.5.3 交流阻抗测试
        3.5.4 循环性能测试
        3.5.5 倍率性能测试
        3.5.6 电池的安全性能测试
        3.5.7 其他电池应用
    3.6 本章小结
    参考文献
第四章 MOFs基复合凝胶电解质电化学性能及机理研究
    4.1 引言
    4.2 正极材料对固态锂电池的电化学性能影响
        4.2.1 不同负载量的正极材料
        4.2.2 不同掺杂量的ZIF-8的正极材料
    4.3 单一溶剂对固态锂电池的电化学性能影响
        4.3.1 单一溶剂碳酸二甲酯(DMC)的固态锂电池的电化学性能
        4.3.2 单一溶剂碳酸甲乙酯(EMC)的固态锂电池的电化学性能
    4.4 ZIF-67基复合凝胶电解质的制备及其电化学性能研究
        4.4.1 ZIF-67材料的基本物理性质表征
        4.4.2 ZIF-67基复合凝胶电解质的电化学性能
    4.5 MOFs基复合凝胶电解质电导机理研究
    4.6 本章小结
    参考文献
第五章 总结与展望
    5.1 本文主要结论
    5.2 后续研究方向
作者攻读硕士学位期间发表的论文与成果
致谢



本文编号：3870411