单离子聚合物电解质用于高性能锂金属电池的研究

发布时间：2021-04-25 19:51

　　可再生清洁能源的间断性需要高效率的能源储存系统,并且近些年来便携式电子产品和电动汽车的需求日益增长,传统的锂离子电池由于其理论能量密度有限,已经无法满足人们对高能量大容量电池的需求。而锂金属材料因其具有超高的容量(3860 m Ah g^-1),最低的电化学电位（-3.04 V）以及极小的密度(0.59 g cm^-3)被视为最具潜力的电极材料,受到广泛的研究关注。然而,锂枝晶生长所导致的一系列问题,如循环性能差,电池过热甚至爆炸等阻碍着锂金属电池的发展。因此,本论文根据Chazalviel提出的空间电荷理论以及“Sand’s time”模型,设计了聚苯乙烯磺酸锂基的单离子聚合物电解质以及另一种具有捕获阴离子能力的含硼基团的单离子聚合物电解质,用以提高锂迁移数,抑制锂枝晶生长。通过热重、红外、电镜等手段表征了材料的物化性能,并且测试了电化学性能以及电池循环性能。首先,采用了简单的酸碱中和反应合成了聚苯乙烯磺酸锂（Li PSS）,并结合聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）合成了具有半互穿网络结构的单离子聚合物电解质（Li PSS@PMMA SIPEs）。交... 

【文章来源】：海南大学海南省 211工程院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂金属电池简介
        1.2.1 SEI膜
        1.2.2 锂枝晶
    1.3 锂金属电池研究现状
    1.4 单离子导体聚合物电解质
        1.4.1 聚合物骨架
        1.4.2 有机无机杂化材料
        1.4.3 阴离子受体
    1.5 本论文主要研究内容及意义
    1.6 本论文的创新性
2 实验仪器与表征方法
    2.1 实验药品与仪器
    2.2 材料表征方法
        2.2.1 傅里叶红外光谱分析（FIIR）
        2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）
        2.2.3 热重（TGA）
    2.3 吸液率表征方法
    2.4 电化学表征方法
        2.4.1 离子电导率
        2.4.2 锂离子迁移数
        2.4.3 电化学稳定窗口
        2.4.4 聚合物与锂片的界面稳定性
        2.4.5 锂恒流沉积/剥离充放电测试
        2.4.6 电池组装与测试
3 Li PSS@PMMA单离子导体聚合物电解质
    3.1 Li PSS@PMMA聚合物膜的合成
    3.2 Li PSS@PMMA聚合物物化性能
        3.2.1 Li PSS@PMMA聚合物合成分析
        3.2.2 Li PSS@PMMA聚合物膜的热稳定性分析
        3.2.3 Li PSS@PMMA聚合物膜形貌
        3.2.4 Li PSS@PMMA聚合物膜的吸液性能
    3.3 Li PSS@PMMA SIPEs的电化学性能
        3.3.1 Li PSS@PMMA SIPEs的电导率性能
        3.3.2 Li PSS@PMMA SIPEs的锂离子迁移数
        3.3.3 Li PSS@PMMA SIPEs的电化学稳定窗口
        3.3.4 锂枝晶
        3.3.5 Li PSS@PMMA凝胶聚合物电池性能
    3.4 本章小结
4 含硼单离子导体聚合物电解质
    4.1 含硼单离子导体聚合物电解质（BC-SIPE）的合成
    4.2 BC-SIPE的物化性能
        4.2.1 BC-SIPE的合成分析
        4.2.2 BC-SIPE膜的热稳定性分析
    4.3 BC-SIPE的电化学性能
        4.3.1 BC-SIPE的离子电导率
        4.3.2 BC-SIPE与锂金属的界面稳定性
        4.3.3 BC-SIPE的锂迁移数
        4.3.4 BC-SIPE的电化学稳定窗口
        4.3.5 锂枝晶
        4.3.6 BC-SIPE电池性能
    4.4 本章小结
5 结论
参考文献
缩写表
附录
致谢



本文编号：3159991