混合水系锂离子电池二氧化硅胶体电解液的性能研究
[Abstract]:Lithium-ion battery system (LiBs) has been proved to be one of the most promising fixed power sources with the advantages of high energy density, high power density, long cycle life and light weight, which attracts the attention of scientists and has been extensively studied. Improper use of organic solvents poses potential safety hazards. Moreover, electrolytes are sensitive to water and air, resulting in complex and expensive manufacturing processes. These challenging problems still limit the use of lithium-ion batteries in large-scale energy storage systems. In 1994, Dahn reported a new type of rechargeable lithium-ion batteries. Water-based electrolytes are used instead of organic electrolytes, a new improved system called water-based rechargeable lithium-ion batteries (ARLBs). Recently, the concept of mixed-water-based lithium-ion batteries (ReHABs) has been proposed, which use LiMn2O4 as the positive electrode, zinc foil as the negative electrode and water-based electrolytes containing Zn2+ and Li +. Several technical problems must be solved before it can be put on the market. First, ReHABs are prone to form dendritic crystals by reversible redox reactions on the side of the Zn negative electrode during long-term charging and discharging, which can penetrate the diaphragm and cause short circuit of the battery. Second, similar to other battery systems, ReHABs are also facing problems. On the other hand, for example, in Uninterrupted Power Supply applications, the battery continues to consume power when fully charged, because there is a reverse current in the battery, i.e. floating charge current. Finally, the poor water-holding capacity of ReHABs leads to the rapid decrease of cell capacity due to the change of pH value and electrolyte concentration. In this paper, a silica gel electrolyte system is constructed, and the physical and chemical properties of various silica gel electrolytes are tested, and the cells are assembled for electrochemical separation. The influence of silica gel electrolyte on the performance of ReHABs was discussed. The main research contents include: (1) The research and performance evaluation of nano-silica-doped mixed-water lithium-ion battery electrolyte and the preparation of nano-silica-doped aqueous electrolyte and its application in mixed-water lithium-ion battery, nano-silica The initial purpose of doping into the electrolyte was to obtain silica gel electrolyte. However, the 5% and 10% doped silica electrolyte was viscous and could enter into the adsorbed glass wool (AGM) within a few minutes. Because the nano-silica particles had good water retention, it would contain dioxide. AGM of silicon-doped electrolyte remained wet in air for several weeks. Nano-silicon dioxide-doped electrolyte could inhibit the deposition of zinc dendrite, reduce floating charge current and self-discharge, and increase the specific discharge capacity of the battery. At the rate of 0.2 C, it was 140 mAh? (g LiMn2O4) -1. Compared with traditional electrolyte, it could also improve the cycle of ReHABs. Performance. XRD results after 700 cycles show that the existence of nano-silica doped electrolyte can protect the negative electrode of the battery. (2) Study and performance evaluation of different silica gel electrolytes for mixed-water lithium-ion batteries Silicon gel electrolyte is used in mixed-water lithium-ion batteries. A series of studies have shown that silica with higher porosity needs less amount and shorter gelation time in preparing colloidal electrolyte. In addition, the open-circuit voltage drop of all colloidal batteries decreased, indicating a longer shelf life. The colloidal electrolyte obtained from Sigma Aldrich vapor-phase silicon dioxide is more suitable for ReHABs and other rechargeable lithium-ion batteries in water systems as a cheap and safe commercial energy storage system. (3) Vapor-phase silicon dioxide in mixed-water lithium-ion batteries. Study and performance evaluation of colloidal electrolyte with beta-cyclodextrin The discharge specific capacity of eHABs was increased by about 10% and exhibited higher rate performance and cycling performance. In addition, SEM and chronoamperometry studies showed that the use of this colloidal electrolyte could inhibit the formation of zinc dendrites and consequently protect the electrode. (4) Study and performance evaluation of gas-phase silica and polyvinyl alcohol colloidal electrolyte in mixed water lithium ion system Decreasing and self-discharging rates. When using fumed silica and polyvinyl alcohol colloidal electrolyte in ReHABs, higher specific capacity, lower self-discharging rate, lower floating charge current density, higher rate performance and better cycling capacity can be obtained. In addition, this electrolyte can make the deposition of Zn on the negative electrode of ReHABs more smooth and smooth, effectively avoiding. The formation of dendritic crystals greatly reduces the possibility of battery shorting.
【学位授予单位】:长安大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM912
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,本文编号:2213338
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