检索结果-南通市图书馆

维普期刊数据库

全固态锂金属电池聚合物电解质的制备和性能研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

全固态锂金属电池聚合物电解质的制备和性能研究

作者：王鹏程武汉科技大学

学位级别：硕士

人类生产生活对能源的大量消耗导致传统化石能源(包括煤、石油等)的日益枯竭,以及由此引起的气候及环境问题对社会可持续性发展提出了严峻挑战。开发绿色可再生新型能源及其储能器件近年来成为世界经济和科技竞争的热点领域之一。锂离... 详细信息

人类生产生活对能源的大量消耗导致传统化石能源(包括煤、石油等)的日益枯竭,以及由此引起的气候及环境问题对社会可持续性发展提出了严峻挑战。开发绿色可再生新型能源及其储能器件近年来成为世界经济和科技竞争的热点领域之一。锂离子电池是一种高效的二次储能器件,具有能量密度高、输出功率大、自放电小、工作温度宽、无记忆效应和环境友好等优点,但传统的锂电池一方面因电解质泄露,在高温或者高电流密度下电解液间电极反应的加剧存在自燃、自爆等严重安全隐患;另一方面,经过几十年的发展,传统的锂电池的能量密度和功率密度等性能指标已经接近理论极限,不能完全满足工业生产对高性能大功率电池的实际需求。因此,制备安全、能量密度和功率大的全固态金属锂电池,有重要经济战略意义。现有研究表明,固态电解质是限制全固态锂电池广泛应用和进步的瓶颈。因此,开展新型高性能固态电解质的相关研究有应用价值和学术意义。本文设计制备了基于硅氧烷封端PEO聚氨酯-CA共混物(PU-CA)和聚酯聚氨酯-b-聚硅氧烷嵌段共聚物(PUSR)两种新型固态聚合物电解质;通过FT-IR、XPS和XRD分别对固态聚合物电解质(SPE)的结构进行了表征;用扫描电子显微镜、电子拉力机、差示扫描量热仪和电化学工作站研究了固态聚合物电解质的形貌结构特征、物理性质和电化学性能;采用控制变量法、设计正交试验、灰色关联分析等手段考察了温度、锂盐种类与含量等因素变化对固态聚合物电解质电化学性能的影响;在真空手套箱里组装全固态Li Fe PO全固态锂电池验证固态聚合物电解质的实际效能。得到了如下主要研究结果:1.成功制备了硅氧烷封端PEO聚氨酯-CA共混物和聚氨酯-b-聚硅氧烷嵌段共聚物两种聚合物及其固态聚合物电解质。2.正交实验及其灰色关联分析和方差分析研究结果表明,PEO分子量、CA添加比例和EO和Li摩尔比三个变量对PU-CA电解质离子电导率有几乎同等程度的影响,关联度参数大小分别为0.7838,0.7963和0.811。3.用PEO和CA质量比为10:1,EO和Li摩尔比为16:1制备的PU-CA-Li BOB固态聚合物电解质室温离子电导率、Li迁移数和电化学窗口分别为2.5×10 S·cm,0.34和4.7 V。该固态聚合物电解质热稳定性超过200℃。最大断裂强度和最大断裂伸长率为2.2 MPa和13%。4.制备的PUSR-Li BOB40嵌段共聚物固态电解质,其离子电导率(σ)、Li迁移数(t)和电化学窗口在室温下可分别达到1.5×10 S·cm、0.82和5.0 V。固态聚合物电解质的最大断裂伸长率和最大断裂强度分别可达170%和5 MPa;热分解温度高于320℃。5.用Li BF、Li NO和Li BOB三种锂盐分别制备PUSR基电解质研究发现,Li BOB与PUSR聚合物匹配性能最佳;当Li BOB的添加量从0到50%递增时,Li离子电导率和Li迁移数也明显上升,电解质的结晶度总体出现下降到趋势,其中,40%Li BOB添加量的电解质(PUSR-Li BOB40)结晶度最小;当Li BOB的添加量为30%时,电解质(PUSR-Li BOB30)时的电化学窗口达到最大(5.5 V)。6.用制备的两种固态聚合物电解质分别组装了Li|PU-CA-Li BOB16|Li Fe PO和Li|PUSR-Li BOB40|Li Fe PO两种全固态锂金属电池(LMB),通过对电池的综合性能的测试,评估了两种固态聚合物电解质的综合效能,实验结果表明Li|PU-CA-Li BOB16|Li Fe PO电池在25℃,0.5 C时,首次放电容量为121.8 m Ah·g,循环50次后容量保持率为96.7%。在0.1、0.2、0.5和1.0 C时放电容量分别为141.7、128.9、114.7和97.5 m Ah·g,充放电过程中保持循环稳定。对于Li|PUSR-Li BOB40|Li Fe PO电池在0.1、0.2、0.5和1.0 C时获得143.0、124.2、108.8和82.3m Ah·g的可逆放电容量,充放电效率在95%左右。在25℃,0.5C,Li|PUSR-Li BOB40|Li Fe PO电池的首次放电比容量为111.6 m Ah·g,循环50次后容量保持率为94.82%。7.具良好热学和力学性能的PUSR嵌段共聚物电解质电化学性能突出,组装的全固态聚合物金属锂电池的能量和功率密度高,循环稳定性好,是制备高性能全固态金属锂电池的有效候选电解质材料。

关键词：固态聚合物电解质 PEO聚醚聚氨酯-CA共混物聚酯聚氨酯-聚硅氧烷嵌段共聚物全固态锂金属电池离子电导率

PEO基复合固态电解质的制备及其全固态锂金属电池性能研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

PEO基复合固态电解质的制备及其全固态锂金属电池性能研究

作者：张彪广州大学

学位级别：硕士

锂离子电池作为一种新型储能器件,具有高能量转化效率、输出功率自由可控、无记忆效应和环境友好等突出优势,它的出现是能源革命发展史上一次重要的里程碑事件。自索尼公司1991年推出第一块商用化可充电锂离子电池以来,锂离子电池早已... 详细信息

锂离子电池作为一种新型储能器件,具有高能量转化效率、输出功率自由可控、无记忆效应和环境友好等突出优势,它的出现是能源革命发展史上一次重要的里程碑事件。自索尼公司1991年推出第一块商用化可充电锂离子电池以来,锂离子电池早已渗透进经济社会各个领域,,比如智能手机、无人机、电动牙刷、新能源电动车以及电网储能等领域。目前锂离子电池使用的是液态有机电解质,存在漏液、易燃易爆等安全风险,面对“里程焦虑”以及电网调峰储能挑战,其能量密度稍显不足。固态电池具有更高能量密度、更大功率密度、更长循环寿命等优势,具有材料本征安全,是解决锂电池安全问题与能量密度的最佳途径,备受期待。PEO基固态电解质成膜性好,易于加工,应用范围广,极具发展前景。但常温下,PEO结晶度较高,表现出较低的锂离子电导率和较小锂离子迁移数,尚不能投入使用。针对目前存在的缺陷,本论文结合理论和相关研究现状,采用流延法,制备PEO基聚合物固态电解质,在此基础上,从成分和结构上进行整体设计,对聚合物固态电解质进行改性,得到PEO基复合固态电解质。采用物理表征与电化学测试,对复合固态电解质性能进行综合探究,最后将复合固态电解质与金属锂负极组装成全固态锂金属电池,进行充放电循环测试。具体的实验研究内容、结果以及结论如下:(1)采用共沉淀法制备得到了新型金属有机框架材料MOFs,将其作为惰性填料与PEO复合,采用流延法制备MOFs复合的PEO基固态电解质。探讨了不同MOFs添加对复合固态电解质的物理性质及锂离子电导率的影响,确定了当MOFs添加量分数为20%时,PEO基复合固态电解质具有最低的结晶度以及最高的电导率,在稳定电化学窗口、全固态电池中的表现也显著高于未改性的纯PEO聚合物电解质。(2)采用高温固相烧结法合成了一种掺Ta的石榴石型LiLaZrTaO(LLZTO)无机固态电解质,并将其作为一种活性填料与PEO复合。结果表明,加入10wt%的活性填料时,室温下PEO基复合固态电解质电化学窗口达到4.9V,离子迁移数为0.45,离子电导率达到了1.76×10 S/cm,在60℃测试条件下,离子电导率达到了4.05×10 S/cm。最后将CPE10与商用Li Fe PO正极组装成全固态电池进行充放电循环测试,测试结果表明在不同电流密度下充放电,全固态电池均表现出高比容量和高循环稳定性。(3)在前两章实验的基础上,以无纺布为增强基底,原位生长MOFs,灌注离子液体,进一步浇筑含LLZTO成分的PEO溶液,得到具有3D结构的复合固态电解质。物理表征的结果表明,这种复合固态电解质具有较低结晶度,更大的机械拉伸强度。电化学测试结果表明,室温下具有3D结构的复合固态电解质的锂离子电导率为6.66×10S/cm,锂离子迁移数达到了0.55,并且具有5V的宽电化学稳定窗口。最后将复合固态电解质组装成全固态锂金属电池进行充放电测试,测试结果表明,具有3D结构的复合固态电解质能与磷酸铁锂以及高镍三元NCM811正极适配,表现出优异的倍率性能和循环稳定性。

关键词： PEO(聚氧化乙烯) 复合固态电解质(CPE) 全固态锂金属电池 MOFs 石榴石

聚合物基全固态锂金属软包电池的设计与性能研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

防化研究 2024年第4期3卷 36-44页

作者：苏韵王嫣刘艳朱振威陈熙邦邱景义曹高萍张浩军事科学院防化研究院

全固态锂金属电池因其卓越的能量密度和安全性，有望成为下一代高能高安全电池技术首选。然而，由于技术难度大，全固态锂金属电池技术仍停留在电容量低、正极负载量低的微型扣式电池水平。本研究通过突破高温鞣制全固态聚合物电解质膜... 详细信息

全固态锂金属电池因其卓越的能量密度和安全性，有望成为下一代高能高安全电池技术首选。然而，由于技术难度大，全固态锂金属电池技术仍停留在电容量低、正极负载量低的微型扣式电池水平。本研究通过突破高温鞣制全固态聚合物电解质膜技术，实现了聚合物基全固态锂金属软包电池（700 mAh, 3.7 V,三元层状氧化物正极|聚环氧乙烷基全固态聚合物电解质|金属锂负极）自主小批量制备，并对其进行了系统的性能测试和失效分析。利用X射线断层扫描、离子抛光-扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、气相色谱等表征技术，研究了聚合物基全固态锂金属软包电池中的机械-电化学耦合失效机制；利用绝热加速量热仪测试了电池的热失控过程，表明该电池具有显著的热安全优势。基于以上测试分析结果，本文为全固态锂金属电池提出了未来发展建议，为其性能进一步提升和应用提供了参考和指导。

关键词：全固态锂金属电池全固态聚合物电解质软包电池安全性

在线全文

同方期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

阻燃聚合物电解质高稳定锂负极界面研究进展

中国安全生产科学技术 2024年第8期20卷 13-18页

作者：周航宇高尚高嘉良曹轩康荣学中国安全生产科学研究院北京100012 应急管理部国家安全科学与工程研究院北京100012

为高效发挥阻燃聚合物电解质所具备的轻质、柔性、固-固界面相容性好等优势,推动电化学能源存储体系向安全可靠的全固态转型,基于锂离子(Li^(+))配位团簇结构复杂等特点,分析分子间通过竞争作用调控阻燃聚合物电解质衍生的固体电解质界... 详细信息

为高效发挥阻燃聚合物电解质所具备的轻质、柔性、固-固界面相容性好等优势,推动电化学能源存储体系向安全可靠的全固态转型,基于锂离子(Li^(+))配位团簇结构复杂等特点,分析分子间通过竞争作用调控阻燃聚合物电解质衍生的固体电解质界面膜(SEI)所面临的挑战,综述国内外阻燃聚合物电解质高稳定性界面构筑、锂离子配位结构设计、离子输运机制、界面热稳定性等方面的研究进展,预测聚合物电解质内部分子间作用主导调控的Li^(+)配位结构在提高锂金属-电解质稳定性领域的应用前景,展望未来全固态锂金属电池中阻燃聚合物电解质的研究发展方向。研究结果表明:调控Li^(+)配位团簇结构是提高锂金属负极/阻燃聚合物电解质界面稳定性的关键。研究结果可为全固态锂金属电池实际应用提供界面设计参考。

关键词：阻燃聚合物电解质固体电解质界面锂负极配位结构全固态锂金属电池

维普期刊数据库

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

单离子聚合物快离子导体（英文）

物理化学学报 2023年第8期 121-130页

作者：薛国勇李静陈俊超陈代前胡晨吉唐凌飞陈博文易若玮沈炎宾陈立桅中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所创新实验室卓越纳米科学中心上海交通大学化学化工学院

具有高锂离子迁移数和良好可加工性能的锂快离子导体对于全固态电池的发展非常重要。然而，现有的锂快离子导体主要限制于硬质陶瓷，目前尚无柔性聚合物类型的锂快离子导体被报道。在这个工作中，我们报告了一种通过三种不同有机单体的... 详细信息

具有高锂离子迁移数和良好可加工性能的锂快离子导体对于全固态电池的发展非常重要。然而，现有的锂快离子导体主要限制于硬质陶瓷，目前尚无柔性聚合物类型的锂快离子导体被报道。在这个工作中，我们报告了一种通过三种不同有机单体的自由基聚合反应形成的三元无规共聚单离子快离子导体(SISC)。该SISC中包含丰富的锂离子传输位点和具有阴离子锚定功能的阴离子受体。此外，三种不同单体的共聚反应带来低结晶度和低玻璃化转变温度(Tg)，有利于链段运动，从而获得小的锂离子传输的活化能(Ea)。电化学测试结果表明，该SISC的室温离子电导率和锂离子迁移数分别达到1.29·mS·cm-1和0.94。将SISC与锂金属负极和多种正极(包括LiFePO4、LiCoO2和硫化聚丙烯腈(SPAN))原位聚合，组装得到的全固态电池具有良好的电化学稳定性。其中，Li||LiFePO4全固态电池表现出高达8C的倍率性能和良好的循环寿命(在0.5C倍率下稳定循环> 700圈)。这项工作提供了一种新颖的聚合物基快离子导体设计理念，对于发展高性能全固态电池具有重要意义。

关键词：全固态锂金属电池聚合物固态电解质超离子导体单离子导体原位聚合倍率性能

锂金属表面改性及其与Li10GeP2S12界面稳定研究

在线全文

同方期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

锂金属表面改性及其与Li10GeP2S12界面稳定研究

作者：李梦琪郑州大学

学位级别：硕士

目前,商业化锂离子电池采用有机电解液和石墨负极,存在自燃、漏液等潜在的安全隐患,且能量密度难以进一步提升。全固态电池采用固体电解质替代传统锂离子电池中的有机电解液,解决了电解液易燃、易挥发和泄露等问题,提高了电池的安全性... 详细信息

目前,商业化锂离子电池采用有机电解液和石墨负极,存在自燃、漏液等潜在的安全隐患,且能量密度难以进一步提升。全固态电池采用固体电解质替代传统锂离子电池中的有机电解液,解决了电解液易燃、易挥发和泄露等问题,提高了电池的安全性。同时可引入金属锂为负极,金属锂具有理论比容量高(3860 m Ah g)、相对于标准氢电极电位极低(-3.04 V)的优势,可有效提高锂电池的工作电压和能量密度,是实现高能量密度锂电池的极佳选择。LiGe PS硫化物固体电解质具有与有机电解液相当的高离子电导率,良好的机械强度,是最具有潜力的固体电解质之一。然而,由于锂金属高的反应活性,在与LiGe PS电解质接触时会自发的发生反应,形成不稳定的固体电解质界面层,导致电池快速衰减而失效。为了改善锂金属与LiGe PS电解质的界面稳定性,提升全固态电池的循环和倍率性能,本文通过锂金属表面改性,降低锂金属与LiGe PS电解质的反应活性,抑制界面副反应,引导锂离子的均匀沉积从而提高全固态锂电池的电化学性能。具体工作如下:(1)通过射频磁控溅射的方法在锂金属表面溅射一层Ag薄膜,制备Li@Ag合金负极。Ag在金属中具有最高的电导率和最低的接触电阻,且Ag属于亲锂性材料,可在锂金属表面原位形成具有极低电化学电位的Li-Ag合金,进而降低了金属锂的成核能,引导锂离子在循环过程中均匀的沉积和剥离。从而抑制锂枝晶的形成,改善电极/电解质界面接触,提高全固态锂金属电池的电化学性能。实验结果表明,溅射厚度1μm Ag层的锂金属负极表现出最优的电化学性能。其组装的Li@Ag 1μm/LiGe PS/Li@Ag 1μm对称电池在0.1 m A cm的电流密度,1 m Ah cm的面电流容量下,可稳定循环1000 h,循环后的过电压仅有160 m V;Li@Ag 1μm/LiGe PS/LiCoO全固态电池,稳定循环100圈后可逆容量为106.5 m Ah g,容量保持率为83.9%。(2)通过射频磁控溅射技术,在锂金属表面成功溅射一层Mg保护层,可以明显降低锂金属的反应活性,减少界面副反应的发生。此外,在循环过程中自发形成的Li-Mg合金具有高离子扩散系数,可以从电化学动力学的角度,调节锂的沉积速率,实现锂的均匀沉积,极大程度的抑制锂枝晶的产生,避免了死锂的形成。实验结果表明,溅射厚度700 nm Mg层的锂金属负极表现出最优的电化学性能。其组装的Li@Mg 700 nm/LiGe PS/Li@Mg 700 nm对称电池在0.1 m A cm的电流密度,0.5 m Ah cm的面电流容量下,循环1000 h后过电压稳定在400 m V;Li@Mg 700 nm/LiGe PS/Li Co O全固态电池在循环100圈之后可逆容量为111.2 m Ah g,容量保持率为87%。

关键词：射频磁控溅射锂金属负极硫化物电解质界面改善全固态锂金属电池

改性SnO2纳米纤维的制备及其在固态锂电池中的应用

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

改性SnO2纳米纤维的制备及其在固态锂电池中的应用

作者：张禄岗天津工业大学

学位级别：硕士

液态锂电池因电解液易渗漏易燃使其发展受到限制,使用全固态锂金属电池替代液态锂电池被认为是在具有高电池能量密度的同时,展现出优异安全性的有效方法。综合无机固态电解质高离子电导率和聚合物固态电解质良好的界面相容性,有机-无机... 详细信息

液态锂电池因电解液易渗漏易燃使其发展受到限制,使用全固态锂金属电池替代液态锂电池被认为是在具有高电池能量密度的同时,展现出优异安全性的有效方法。综合无机固态电解质高离子电导率和聚合物固态电解质良好的界面相容性,有机-无机复合电解质更适用于高能量密度固态锂电池。然而现阶段所研发的复合电解质依然存在电化学窗口窄、离子电导率低以及与电极材料兼容性差等问题。本文制备了具有中空结构的Gd掺杂SnO纳米纤维和PAN/PVDF纳米纤维膜,并将它们引入到全固态锂金属电池的聚氧化乙烯（PEO）基电解质中。该策略综合了Gd掺杂SnO纳米纤维独特的中空结构优势,富含氧空位的材料特性,以及PAN/PVDF纤维膜与锂离子之间的相互作用和强大的骨架支撑作用,使得复合电解质离子电导率提高的同时并抑制锂枝晶生长。（1）基于静电熔吹和高温煅烧方法,制备了具有中空结构的Gd掺杂SnO纳米纤维（也简称为“纳米管”）,并将其作为无机填料制备复合固态电解质。所制备的中空结构的Gd掺杂SnO纳米纤维的内外表面都可以作为锂离子快速传输的通道,并且提供了更多的有机/无机界面,有助于增强电解质的导电性。添加10 wt%Gd掺杂SnO纳米纤维的PEO基电解质在30℃时的离子电导率高达2.41×10S cm。Gd掺杂SnO纳米纤维表面的氧空位能够促进锂盐解离,进而提高了离子电导率。并且,Gd掺杂SnO纳米纤维的加入可以提高电解质的机械强度,有效抑制锂枝晶成核和生长。组装的电池在50℃和0.5 C条件下循环700次后比容量仍然保持在133.24 mA h g,高达94.4%的比容量保持率。（2）采用静电纺丝的方法制备了PAN/PVDF纳米纤维膜,PAN/PVDF纳米纤维膜可以提供强大的骨架支撑来提高复合电解质的机械强度。PAN的腈基和锂离子之间的络合作用可以促进锂离子传输。PVDF和PEO之间的分子间氢键可以增强纤维膜与PEO之间的界面相互作用,进而改善锂离子电导率。将Gd掺杂SnO纳米纤维引入PAN/PVDF纤维和PEO基质形成的复合电解质的离子电导率在30℃时达到2.45×10S cm。另外,复合电解质的厚度仅65μm,较仅有Gd掺杂SnO纤维填料的电解质（110μm）有了极大降低,这有效地提高了电池的能量密度;使用其组装的电池在50°C和1 C条件下,300次循环之后仍然保持134.3mA h g的比容量,且比容量保持率高达91.2%。综上所述,具有优异性能的Gd掺杂SnO纳米纤维和PAN/PVDF纤维膜为新型固态电解质开发提供了思路。

关键词：静电纺丝 Gd掺杂SnO2 PAN/PVDF纳米纤维膜全固态锂金属电池

LiBO2助烧和AZO表面改性固态电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的制备和性能研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

LiBO2助烧和AZO表面改性固态电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的制备...

作者：白海楠中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)

学位级别：硕士

考虑到液态锂离子电池在非常情况下会存在漏液、易燃、易爆等安全隐患,研究开发锂固态二次电池对于提高电池的安全性能、比容量、能量密度等有重要的意义。本文从制备固态电解质入手,根据待研究的电解质的物理以及化学特性,优化烧结工... 详细信息

考虑到液态锂离子电池在非常情况下会存在漏液、易燃、易爆等安全隐患,研究开发锂固态二次电池对于提高电池的安全性能、比容量、能量密度等有重要的意义。本文从制备固态电解质入手,根据待研究的电解质的物理以及化学特性,优化烧结工艺制备出高导电率的固态电解质,并将该固态电解质应用于全固态电池,设计出性能更佳的全固态锂金属电池。NASICON型固态电解质LiAlTi(PO)(LATP)具有较高的电导率、对空气稳定和电化学窗口宽等优点,但是依然存在烧结性能差和与金属锂接触会发生还原反应等缺点,为了克服该缺点,我们通过添加烧结助剂进行液相烧结来提高致密度和导电率。另外,对LATP进行表面改性来提高电解质LATP对于金属锂的化学稳定性,成功制备了全固态锂金属电池。本文围绕开发固态电解质以及将其应用于全固态锂金属电池等研究工作,取得了以下研究成果。(1)采用液相烧结法合成了NASICON型LiAlTi(PO)(x=0.3)固态电解质,通过改变烧结温度和烧结助剂用量,探讨材料的最佳烧结条件。在不同烧结温度和添加不同质量分数的LiBO烧结助剂下,制备得到固态电解质LiAlTi(PO)烧结样品。通过X射线衍射和扫描电子显微镜分析了合成产物的相组成和断面形貌,采用X射线光电子能谱分析材料表面的化学形态,采用循环伏安及交流阻抗技术研究了烧结片的离子电导率与活化能。测试结果表明:随着烧结温度的升高,烧结片的离子电导率先增加后减小,在烧结温度800℃达到最好的室温离子电导率2.3×10 S/cm;同样添加不同质量分数的烧结助剂Li BO,离子电导率随着烧结助剂LiBO的添加量先增后减,在添加1 wt%LiBO时有最高室温离子电导率达到3.5×10 S/cm和较低的活化能0.39 eV。以电导率最高3.5×10 S/cm,即在800℃烧结并且添加1 wt%Li BO作为固态电解质的使用材料,并应用于全固态锂金属电池。(2)采用磁控溅射技术制备在固态电解质LiAlTi(PO)(LATP)表面包覆新型氧化锌铝(AZO)薄膜,表面改性AZO包覆的LATP作为全固态电池的电解质。该表面改性的目的是避免LATP中Ti被金属锂还原,并提高固态电解质的化学稳定性以便应用于全固态电池Li/LATP/LiFePO。包覆电解质LATP的AZO薄膜是一种电阻率较低的n型半导体,通过SEM观察其断面以及表面的结构以及形貌特征:其生长厚度是0nm和00nm超薄膜;并且AZO表面在全范围内光滑,与LATP接触连续且紧密,这可以促进电极和电解质之间的锂离子传输,并提高界面的稳定性。AZO薄膜包覆的固态电解质LATP材料具有较高的锂离子电导率和电化学稳定性,可应用于全固态锂金属电池。(3)采用纽扣电池模型制备了以AZO薄膜包覆的LATP为固态电解质的全固态锂金属电池Li/LiFePO以及全固态对称锂电池Li/LATP/Li。这种固态电池结构简单,电池的形状以及尺寸具有灵活可设计性。通过恒流充放电以及循环性能测试电池Li/LiFePO的电化学性能,同时对于全固态对称锂电池Li/LATP/Li采用恒流充放电测试检测其抑制锂枝晶性能。结果表明:全固态电池Li/LiFePO具有较高的充放电电压、较宽的充放电电压平台和良好的循环可逆性能,经50次循环后,每圈的库伦效率保持99.5±0.5%;AZO表面改性后的LATP电解质具有优异的抑制锂枝晶性能,全固态对称锂电池在100μA/cm恒电流下能够稳定循环960 h。

关键词：固态电解质 LATP 锂离子电导率助烧助剂磁控溅射方法全固态锂金属电池氧化锌铝AZO镀膜

金属有机框架/PEO复合固态聚合物电解质及其固态电池研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

金属有机框架/PEO复合固态聚合物电解质及其固态电池研究

作者：申金来华南理工大学

学位级别：硕士

随着社会不断发展,不可再生能源紧缺、环境污染等问题日益严重,移动电子设备、新能源汽车的蓬勃兴起,发展绿色环保、可持续的锂离子电池是未来的必然趋势。而当前商业市场上使用液态电解液的锂离子电池能量密度有限和存在安全隐患等问... 详细信息

随着社会不断发展,不可再生能源紧缺、环境污染等问题日益严重,移动电子设备、新能源汽车的蓬勃兴起,发展绿色环保、可持续的锂离子电池是未来的必然趋势。而当前商业市场上使用液态电解液的锂离子电池能量密度有限和存在安全隐患等问题限制了其进一步发展,为了解决能量密度和安全性问题,发展使用固态电解质的全固态锂金属电池是未来的必经之路。固态聚合物电解质是目前研究最成熟的一类固态电解质,具有易成型、与电极相容性好等优点,但仍面临室温离子电导率不足、锂离子迁移数较低、锂枝晶抑制有限等挑战而未能实现大规模商业化。针对聚合物基固态电解质的不足,本课题制备了两种金属有机框架材料,并作为填料和锂盐加入到聚氧化乙烯(PEO)基电解质中制备得到复合固态聚合物电解质(CPE),通过扫描电子显微镜、元素能谱分析、Zeta电位、差示扫描量热法、机械拉伸法、热重分析法、傅里叶红外光谱法等方法表征填料的分散性及CPE的结构、力学性能和热学性能,采用电化学阻抗谱、线性扫描伏安法等方法研究了CPE的电化学性质,最后将所制备的复合固态聚合物电解质应用于Li Fe PO与Li NiCoMnO全固态锂金属电池中。本文中首先制备了一种具有高比表面积的金属有机框架2-甲基咪唑锌盐(ZIF-8),与双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li TFSI)和PEO通过溶液浇铸法制备了复合固态聚合物电解质ZIF-8-CPE。ZIF-8纳米填料的加入降低了电解质的结晶度、提高了力学强度,ZIF-8表面的路易斯酸位点可吸附TFSI阴离子,有利于锂盐的解离。当添加相当于PEO质量15%的ZIF-8纳米填料时,ZIF-8-CPE具有最高的离子电导率,在60℃时可达4.1×10S/cm,更高的电化学稳定窗口(4.9 V),和更高的锂离子迁移数(0.36);ZIF-8加入后可吸附电解质中的残余溶剂分子,赋予ZIF-8-CPE良好的对锂稳定性,在0.1 m A/cm的电流密度下可恒流充放电超过300 h;所组装的Li Fe PO|Li全固态锂金属电池具有良好的倍率性能和循环性能,在60℃下,0.05,0.1,0.2,0.5和1.0 C倍率下分别展现出142.1,137.8,132.9,126.5和109.8 m Ah/g的比容量,且能在0.5 C倍率下可稳定循环350圈,最高比容量131.2 m Ah/g,容量保持率为84.8%。在此基础上,进一步制备了一种咪唑季铵盐离子液体接枝的金属有机框架ZIF-90-g-IL,并作为填料改性PEO基聚合物电解质;通过接枝离子液体,即继承了纳米填料的优异性能,又避免了加入液态离子液体带来的负面影响。所得复合固态聚合物电解质Z9IL-CPE有较高的离子电导率,在30℃下可达1.17×10S/cm,电解质中的ZIF-90-g-IL填料可与PEO链段产生螯合作用,可提高电化学稳定窗口至4.8 V以上和提高锂离子迁移数至0.44;此外,纳米填料与PEO链段的螯合作用使其分散更均匀,因此能很好的抑制锂枝晶生长,在60℃、0.1 m A/cm电流密度下可稳定恒流充放电超过700 h;最后组装了Li Fe PO全固态锂金属电池并得到了良好的倍率性能和循环性能,在60℃、2.0 C倍率下可稳定循环500圈,最高比容量为141.6 m Ah/g,容量保持率为71.3%;Z9IL-CPE的优异性能使其能在30℃、0.1 C倍率下展现出145.4 m Ah/g的放电比容量并能稳定循环50圈,容量保持率为96.8%,并能适配Li NiCoMnO正极材料;将Z9IL-CPE应用于软包电池中展现出了可观的循环性能和极佳的安全性。本文中以金属有机框架作为填料改性PEO基固态聚合物电解质的方法提高复合固态聚合物电解质的离子电导率、电化学稳定窗口、锂离子迁移数、对锂稳定性都有较好提高,并实现PEO基固态电解质的高容量、室温循环、4.2 V高电压循环和软包电池实际应用,本文为复合固态聚合物电解质的研究提供了借鉴意义。

关键词：金属有机框架离子液体固态聚合物电解质聚氧化乙烯全固态锂金属电池