锂空电池复合电解质材料及其电化学性能研究

发布时间：2017-10-13 20:46

  本文关键词：锂空电池复合电解质材料及其电化学性能研究

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【摘要】：现阶段,环境污染、能源短缺等问题日益加剧,锂空电池因其高能量密度而受到世界各地学者及研究人员的广泛关注。其中,有机系锂空电池得到最多关注,锂空电池的研究受到溶剂挥发、电解液分解、锂负极易腐蚀、正极空隙堵塞等等问题的制约。电解液、正极材料及负极保护问题是当前锂空电池研究的热点,其中如何在提高电池性能的基础上提高电解液的稳定性成为目前研究的难题之一。本文主要研究复合电解质材料及其在锂空电池中的应用,以期找到一种高效电化学性能的有机复合电解质材料。通过对电解液溶质、溶剂特性的研究,系统地从电导率、粘度、交流阻抗、循环伏安、恒流充放电、功率及能量特性对不同电解质锂空电池性能的影响进行了分析,结果发现:(1)当以EC/EMC/DMC为有机溶剂与Li PF6、Li PF6-Li TFSI、Li PF6-Li BF4配制复合电解质时,Li PF6-Li BF4-EC/EMC/DMC体系复合电解质的锂空电池性能最佳,在0.1 m A cm-2电流密度下得到首次放电比容量3163 m Ah g-1,电流密度为0.01—0.25 m A cm-2,输出电压稳定且较高。这使得该体系具有较高的研究价值。但是,该复合电解质的循环性能较差,因此须对其进行优化,以提高该体系电池循环性能。(2)当以Li PF6为溶质与EC/EMC/DMC、EC/EMC/DMC-[Emim]BF4、EC/EMC/DMC-[DEME]TFSI配制复合电解质时,Li PF6-EC/EMC/DMC-[Emim]BF4体系复合电解质的锂空电池性能最佳,在0.025 m A cm-2电流密度下得到首次放电比容量2672 m Ah g-1,且在0.1 m A cm-2电流密度下稳定循环15次。(3)当以Li PF6-Li BF4为溶质,EC/EMC/DMC-[Emim]BF4为溶剂配制复合电解质时,0.1 m A cm-2电流密度下得到首次放电比容量2959 m Ah g-1,并稳定循环30次以上。但是,由于该体系引入离子液体,只适宜锂空电池在电流密度小于等于0.1 m A cm-2时工作。
【关键词】：锂空电池 复合电解质 有机系 离子液体 电化学性能
【学位授予单位】：渤海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM911.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 研究背景11
• 1.2 锂空电池工作原理11-13
• 1.3 锂空电池研究现状13-23
• 1.3.1 锂空电池阴极13-18
• 1.3.1.1 碳材料13-14
• 1.3.1.2 复合材料14-15
• 1.3.1.3 非碳材料15-18
• 1.3.2 锂空电池阴极催化剂18-20
• 1.3.3 锂空电池阳极20-22
• 1.3.4 锂空电池电解质22-23
• 1.4 选题的研究内容23-24
• 2 实验方法和原理24-29
• 2.1 实验所用仪器设备及化学试剂24-25
• 2.1.1 实验所用仪器设备24
• 2.1.2 实验所用化学试剂24-25
• 2.2 实验方法25-27
• 2.2.1 空气电极的制备25-26
• 2.2.2 电解液的制备26
• 2.2.3 单电池的组装与测试26-27
• 2.3 表征方法27-28
• 2.3.1 扫描电子显微镜27
• 2.3.2 电导率测试27-28
• 2.3.3 粘度测试28
• 2.4 电化学性能测试28-29
• 2.4.1 恒流充放电测试28
• 2.4.2 交流阻抗测试28
• 2.4.3 循环伏安测试28-29
• 3 锂空电池电解液溶质特性研究29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 复合电解质的制备29-30
• 3.3 复合电解质的电化学性能测试30
• 3.4 结果与讨论30-41
• 3.4.1 离子电导率分析30-31
• 3.4.2 循环伏安测试分析31-34
• 3.4.3 交流阻抗分析34-35
• 3.4.4 充放电性能分析35-37
• 3.4.5 比容量、功率、能量特性37-41
• 3.5 本章小结41-42
• 4 锂空电池电解液溶剂特性研究42-55
• 4.1 引言42
• 4.2 复合电解液的制备42
• 4.3 复合电解质的电化学性能测试42-43
• 4.4 结果与讨论43-54
• 4.4.1 离子电导率分析43
• 4.4.2 循环伏安测试分析43-45
• 4.4.3 交流阻抗分析45-47
• 4.4.4 充放电性能分析47-50
• 4.4.5 比容量、功率、能量特性50-54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 锂空电池复合电解质材料研究55-67
• 5.1 引言55
• 5.2 复合电解液的制备55
• 5.3 复合电解质的电化学性能测试55
• 5.4 结果与讨论55-64
• 5.4.1 离子电导率、粘度、热重分析55-56
• 5.4.2 循环伏安测试分析56-57
• 5.4.3 交流阻抗分析57-58
• 5.4.4 充放电性能分析58-61
• 5.4.5 比容量、功率、能量特性61-64
• 5.5 电解液补给式锂空电池64-66
• 5.5.1 锂空电池结构示意图64-65
• 5.5.2 首次放电情况65-66
• 5.6 本章小结66-67
• 总结与展望67-68
• 参考文献68-74
• 发表论文情况74-75
• 致谢75-76

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