聚氧化乙烯基聚合物电解质的可控构筑与界面调控
发布时间：2021-09-07 14:22
锂（Li）二次电池因其高能量密度和优异的循环性能被认为是最有前景的能量存储设备之一,因而广泛应用于电子器件和电动汽车领域。但商用锂二次电池普遍采用易燃易爆的液态电解液,使电池存在着极大的安全隐患。聚氧化乙烯（PEO）基聚合物电解质具有使用安全,可折叠,易于制造等优点,有望解决电池的安全问题并提高能量密度。但PEO基电解质存在着离子电导率低、机械性能差、界面不稳定等诸多问题,极大地限制了其在电池中的应用。本论文针对上述问题,通过电解质修饰,设计出多种室温离子电导率高、机械性能好的PEO基聚合物电解质,通过表界面处理,制备稳定的金属Li负极和聚合物电解质的界面。借助脉冲梯度场核磁共振（PFG NMR）、冷冻透射电镜（cryo-TEM）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等手段分析表界面调控机制及材料作用机制。主要研究内容如下:（1）采用合成的硼酸镁（Mg2B2O5）纳米线修饰PEO-Li TFSI电解质,研究Mg2B2O5对PEO基电解质离子电导率...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
锂二次电池应用领域Figure1-1.ApplicationofLisecondarybatteriesinvariousfields[4]
浙江工业大学博士学位论文2优点，成为未来的重点发展方向。因此锂二次电池中高能量密度，高安全电极和相关电解质材料的研发迫在眉睫。虽然能量密度取决于电极材料，但其实际的反应动力学、电化学性能却也与电解质材料息息相关，且高能量密度电池的应用领域对电池的安全性关注度更高[5]。因此，研发优异的电解质材料，具有极大的前景。1.2锂二次电池简介及安全性1.2.1锂电池发展历程及工作原理自1799年意大利科学家伏特发明第一个电池（伏特电堆）以来，经过长期的研究和发展，化学电源经历着从铅酸电池到镍镉电池到镍氢电池，到锂离子（金属）电池的发展（图1-2）。其中，锂电池因其高能量密度，长循环寿命等优势，成为目前化学电源研究的重点。图1-2电池的发展和能量密度对比图Figure1-2.Thedevelopmentofbatteriesandacomparisonofenergydensity[6]在20世纪70年代，人们研发了以Li/SOCl2和Li/MnO2为代表的一次锂电池体系。至80年代起，人们将锂电池用于可充电电池中，但金属Li负极非常活泼，Li生长的枝晶很容易刺穿隔膜造成电池短路，引发电池安全问题。因此，锂二次电池的研发转向更安全的电池。M.Armand等人于1980年首次提出“摇椅式电池”的概念，以嵌Li材料作为正负极，规避因为金属Li负极的安全问题[7]。其中Scrosati用LiWO2为负极，TiS2为正极，组装了“摇椅式电池”，Goodenough也于1981年提出以LiMO2作为电池正极材料，揭开了锂离子电池的雏形[8]。1987年，以MoO2为负极材料，LiCoO2为正极材料的锂离子电池首次组装，正极具有高嵌Li电位和
聚氧化乙烯基聚合物电解质的可控构筑与界面调控3优良的结构可逆性。1990年，Sony公司将石油焦作为电池负极材料，成功实现了锂离子电池的商品化[9]，至此，锂电池及相关材料体系的发展进一步趋向成熟。锂电池的研究经过了漫长的阶段，可见人类生活对能源的巨大需求，因而对锂电池的性能也提出更高的要求。锂离子电池的工作原理是Li+在碳负极和嵌入化合物正极之间的可逆嵌入和脱出过程，利用Li+在正负极之间形成嵌入化合物的Li储存状态和电位的不同，通过电子的得失来实现充电和放电的过程。以层状富锂化合物LiMO2（M=Co，Ni或Mn）正极，石墨负极为例，在充电过程中，Li+从正极脱出，释放一个电子，Li+在化学势梯度的驱动下，经过电解质迁移到负极，嵌入石墨中，同时外电路补偿电荷给石墨负极，实现能量的存储。电池放电时则相反（图1-3）。图1-3锂离子电池充放电过程的示意图Figure1-3.Schematicillustrationsshowingthecharge/dischargeprocessofLiionbattery[10]反应式如下：正极反应：LiMO2=Li1-xMO2+xLi++xe-负极反应：6C+xLi++xe-=LixC6电池反应：LiMO2+6C=Li1-xMO2+LixC61.2.2锂电池的安全性锂二次电池在碰撞，敲击，高温，针刺等极端情况可能会导致隔膜破裂，使
【参考文献】：
期刊论文
[1]Poly（ethylene carbonate）-based electrolytes with high concentration Li salt for all-solid-state lithium batteries[J]. Zi-Jian He,Li-Zhen Fan. Rare Metals. 2018(06)
本文编号：3389705
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
锂二次电池应用领域Figure1-1.ApplicationofLisecondarybatteriesinvariousfields[4]
浙江工业大学博士学位论文2优点，成为未来的重点发展方向。因此锂二次电池中高能量密度，高安全电极和相关电解质材料的研发迫在眉睫。虽然能量密度取决于电极材料，但其实际的反应动力学、电化学性能却也与电解质材料息息相关，且高能量密度电池的应用领域对电池的安全性关注度更高[5]。因此，研发优异的电解质材料，具有极大的前景。1.2锂二次电池简介及安全性1.2.1锂电池发展历程及工作原理自1799年意大利科学家伏特发明第一个电池（伏特电堆）以来，经过长期的研究和发展，化学电源经历着从铅酸电池到镍镉电池到镍氢电池，到锂离子（金属）电池的发展（图1-2）。其中，锂电池因其高能量密度，长循环寿命等优势，成为目前化学电源研究的重点。图1-2电池的发展和能量密度对比图Figure1-2.Thedevelopmentofbatteriesandacomparisonofenergydensity[6]在20世纪70年代，人们研发了以Li/SOCl2和Li/MnO2为代表的一次锂电池体系。至80年代起，人们将锂电池用于可充电电池中，但金属Li负极非常活泼，Li生长的枝晶很容易刺穿隔膜造成电池短路，引发电池安全问题。因此，锂二次电池的研发转向更安全的电池。M.Armand等人于1980年首次提出“摇椅式电池”的概念，以嵌Li材料作为正负极，规避因为金属Li负极的安全问题[7]。其中Scrosati用LiWO2为负极，TiS2为正极，组装了“摇椅式电池”，Goodenough也于1981年提出以LiMO2作为电池正极材料，揭开了锂离子电池的雏形[8]。1987年，以MoO2为负极材料，LiCoO2为正极材料的锂离子电池首次组装，正极具有高嵌Li电位和
聚氧化乙烯基聚合物电解质的可控构筑与界面调控3优良的结构可逆性。1990年，Sony公司将石油焦作为电池负极材料，成功实现了锂离子电池的商品化[9]，至此，锂电池及相关材料体系的发展进一步趋向成熟。锂电池的研究经过了漫长的阶段，可见人类生活对能源的巨大需求，因而对锂电池的性能也提出更高的要求。锂离子电池的工作原理是Li+在碳负极和嵌入化合物正极之间的可逆嵌入和脱出过程，利用Li+在正负极之间形成嵌入化合物的Li储存状态和电位的不同，通过电子的得失来实现充电和放电的过程。以层状富锂化合物LiMO2（M=Co，Ni或Mn）正极，石墨负极为例，在充电过程中，Li+从正极脱出，释放一个电子，Li+在化学势梯度的驱动下，经过电解质迁移到负极，嵌入石墨中，同时外电路补偿电荷给石墨负极，实现能量的存储。电池放电时则相反（图1-3）。图1-3锂离子电池充放电过程的示意图Figure1-3.Schematicillustrationsshowingthecharge/dischargeprocessofLiionbattery[10]反应式如下：正极反应：LiMO2=Li1-xMO2+xLi++xe-负极反应：6C+xLi++xe-=LixC6电池反应：LiMO2+6C=Li1-xMO2+LixC61.2.2锂电池的安全性锂二次电池在碰撞，敲击，高温，针刺等极端情况可能会导致隔膜破裂，使
【参考文献】：
期刊论文
[1]Poly（ethylene carbonate）-based electrolytes with high concentration Li salt for all-solid-state lithium batteries[J]. Zi-Jian He,Li-Zhen Fan. Rare Metals. 2018(06)
本文编号：3389705
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3389705.html
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