检索结果-南通市图书馆

原位光固化电解质膜的制备及其锂金属电池性能研究

维普期刊数据库博看期刊

同方期刊数据库评论

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

原位光固化电解质膜的制备及其锂金属电池性能研究

作者：周博茵江苏科技大学

学位级别：硕士

高能量密度和安全性能的复合固态电解质是全固态锂金属电池应用的关键。具有大孔隙率和高比表面积的三维沸石骨架材料(13X和ZIF-8)具有良好动力学和多样化结构等优势,在改善电池电化学性能和促进电池循环稳定性方面展现出较大的潜力。... 详细信息

高能量密度和安全性能的复合固态电解质是全固态锂金属电池应用的关键。具有大孔隙率和高比表面积的三维沸石骨架材料(13X和ZIF-8)具有良好动力学和多样化结构等优势,在改善电池电化学性能和促进电池循环稳定性方面展现出较大的潜力。针对目前固态锂金属电池难以攻克的锂枝晶生长、以及固态电解质与电极之间的界面接触等问题,将这类多孔材料分别灌入锂离子液体制得离子导体材料,再与聚合物溶液混合并进行光聚合反应,通过优化制备工艺获得了系列高性能复合固态电解质。本论文围绕复合固态电解质的材料设计和性能优化,探究了原位光固化和三维沸石结构的协同改性机理,开展了全固态锂金属电池的物性表征和电化学性能研究。具体研究内容如下:(1)通过锂离子液体(Li-IL)修饰锂化13X型分子筛(Li-13X)构建离子传输通路可以解决锂枝晶生长的问题。选择较大孔径和高比表面积的三维多孔笼状13X型分子筛进行锂化反应,在真空和高温条件下活化以去除孔洞杂质并激活不饱和位点,填充锂离子液体后得到Li-IL@Li-13X离子导体。锂化后的13X可以提供更多的锂离子传输通道,多孔结构作为离子传输通道增加了自由迁移的锂离子量并含有固体传输路径,具有丰富路易斯酸性位点的三维笼状Li-13X分子筛可以固定大尺寸的离子并促进锂盐解离。在离子导体中加入单体与光引发剂后,经紫外光照射引发光聚合反应,经固化后形成复合固态电解质。采用该电解质组装锂对称电池,在45℃、0.1 m A cm电流密度下可以稳定电镀-剥离1400小时,表明电解质拥有较高的电化学稳定性,具有抑制锂枝晶的能力。该工作为开发低成本、高稳定Li-IL@Li-13X基固态锂金属电池提供了思路。(2)大孔径、高比表面积的金属有机框架对构筑高性能固态电解质有积极效果。通过锂离子液体修饰ZIF-8纳米颗粒制备Li-IL@ZIF-8,将其与含光引发剂聚合物溶液混合后,再采用流延法、原位涂敷和紫外光照射获得复合固态电解质。ZIF-8晶体在活化后的表面暴露了大量不饱和金属位点,其内部的纳米孔能够吸收大量锂离子液体,促进锂盐在锂离子液体中的解离,并且降低聚合物基质的结晶度。该固态电解质在室温拥有6.53×10 S cm的高离子电导率,电化学窗口可以扩展至5.2 V,锂离子迁移数提高到0.38。在0.1 m A cm电流密度下能够稳定循环900小时,证明了该固态电解质与锂金属之间良好的兼容性,且具有抑制锂枝晶生长的能力,经原位固化后的复合固态电解质在0.5 C电流密度下循环320圈后的容量保持率高达88.16%。该工作为构筑高性能Li-IL@ZIF-8基固态锂金属电池提供了有效途径。(3)原位光固化与复合正极之间的协同作用是改善正极与固态电解质界面的可行之举。通过将不同比例Li-IL@ZIF-8混合到正极材料中制备复合Li Fe PO正极与复合NCM111正极,采用原位光固化技术将复合正极与Li-IL@ZIF-8基复合固态电解质进行一体化集成,实现正极-电解质界面的“超紧密连接(UTC)”。Li-IL@ZIF-8离子导体在正极内可以构建锂离子传输通路,而且作为增塑剂降低了固态电解质聚合物的结晶度,为固态电池在室温条件下工作创造有利条件。研究表明,由UTC电池构建的正极-电解质集成结构,原位工艺和离子液体优异润湿性协同优化了正极内部和界面的离子传输通路,减小了固态锂金属电池的内部阻抗。经匹配复合NCM111正极后的电池在0.5 C下显示出119.6 m Ah g的高初始放电容量,在450次循环后的容量保持率为96.7%,表现出优异的循环性能,同时在2 C的大电流密度下的放电比容量高达104m Ah g。该工作为实现固态锂金属电池中的正极-固态电解质集成一体化拓展了思路。

关键词：固态锂金属电池电解质膜原位光固化离子液体

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

磷酸钛铝锂基固态电解质研究

磷酸钛铝锂基固态电解质研究

作者：李淑媛广西大学

学位级别：硕士

近年来,随着人类对能源需求的日益增长,锂离子电池被广泛地应用到我们的日常生活中。因此,对锂离子电池的各项性能都提出了更高的要求,尤其是在安全性方面。近年来,使用固态电解质的全固态在安全性和能量密度方面都具有明显的优势,因此... 详细信息

近年来,随着人类对能源需求的日益增长,锂离子电池被广泛地应用到我们的日常生活中。因此,对锂离子电池的各项性能都提出了更高的要求,尤其是在安全性方面。近年来,使用固态电解质的全固态在安全性和能量密度方面都具有明显的优势,因此促使其进入了快速发展阶段。作为固态电池重要的组件,兼具高离子电导率、高安全性、高稳定性,高机械强度的固态电解质受到了广泛的关注。磷酸钛铝锂(LATP)具有合成方法简便、成本低廉等特性,在众多固态电解质中被认为是有可能被工业化应用的一类,但LATP离子电导率相对较低(0.1 m S cm),与负极锂金属接触,容易导致Ti被还原,从而影响电池的循环稳定性。本文主要针对以上问题,对LATP电解质进行改性研究,具体内容如下:(1)针对大多数固态电解质的离子电导率仍不足以满足实际应用,我们制备了一种高性能的准固态电解质,由静电纺丝制备的LATP-PVDF-HFP纳米纤维基质和原位固化凝胶构成。制备的准固态凝胶电解质显示出3D多孔网络,离子导电率也有显著的提高,高达3.394 m S cm。同时,由于3D网络纤维和原位形成的凝胶之间的协同作用,准固态电解质比凝胶电解质具有更宽的电化学窗口。使用这种准固态凝胶电解质的Li|Li Fe PO电池显示出良好的倍率性能和循环稳定性,在2C时电池的放电容量为146.6 m A h g;在0.5C下经过300次循环后,容量保持率仍可达到97%。这项工作为设计高性能锂金属电池提供了有希望的策略。(2)针对LATP电解质与电极的接触性差,严重的副反应以及低离子电导率等问题,我们成功地对LATP进行了氯元素(Cl)掺杂改性,LATP-0.4Cl样品室温离子电导率达到0.423 m S cm。中子衍射(NPD)结果表明,Cl掺杂后Li配位环境的变化对整体LATP中的离子扩散路径有影响。制备的具有Cl掺杂的LATP的Li对称电池对锂金属阳极具有长期的相容性和电化学稳定性,归因于原位形成的稳定的固态电解质中间相(SEI)层。同时,与LATP电解液相比,LATP-0.4Cl的Li|Li Fe PO(LFP)电池具有较好的倍率性能和循环性能。这项工作表明,Cl掺杂是提高LATP电解质性能的一种有效方法。

关键词：准固态电解质柔性复合纳米纤维膜原位固化固态电解质 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 Cl掺杂固态锂金属电池

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

钛氧团簇基固态聚合物电解质的合成与应用

钛氧团簇基固态聚合物电解质的合成与应用

作者：解豪厦门大学

学位级别：硕士

固态电解质具有机械强度高、抑制锂枝晶生长以及安全性好等优异的性能,是极具应用潜力的下一代二次电池电解质材料。与陶瓷类固态电解质相比,固态聚合物电解质有更优异的加工性能,对电极材料也有较高的兼容性且价格低廉,在电化学储能领... 详细信息

固态电解质具有机械强度高、抑制锂枝晶生长以及安全性好等优异的性能,是极具应用潜力的下一代二次电池电解质材料。与陶瓷类固态电解质相比,固态聚合物电解质有更优异的加工性能,对电极材料也有较高的兼容性且价格低廉,在电化学储能领域中有着良好的研究价值。然而,兼具高离子电导率、高电压和高机械强度特性的固态聚合物电解质的设计和制备目前仍然面临着巨大挑战。针对这一问题,本文基于配体保护的钛氧团簇(TOC)开发交联型固态聚合物电解质,并对其在锂金属电池中应用进行了研究。主要研究内容如下:第一章:从锂金属枝晶生长的基本机理出发,概述固态电解质对锂金属负极保护的重要性,并介绍了固态电解质研究进展和目前面临的问题,进而提出了本文的选题依据和研究内容。第二章:利用配体保护钛氧团簇(Ti32016((CH3)3CCO2)16(OCH2CH2O)32-(OCH2CH2OH)16)作为结点,与聚四氢呋喃(PTHF)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)交联制备新型三维网状聚合物(PTHF-HDI-TOC)。得益于三维网络结构,聚合物表现出优异的机械性能和热稳定性能。同时,我们基于钛氧团簇基聚合物的结构表征,分析了钛氧团簇在聚合物中的作用。第三章:探究了钛氧团簇基固态聚合物电解质的基础电化学性能。电化学测试的结果表明该聚合物电解质具有较高的室温离子电导率(1.6×10-4 S cm-1)、稳定的电化学窗口(5.4 V ***+/Li)以及高锂离子迁移数(tLi+=0.66)。同时,PTHF-HDI-TOC电解质能够显著提升锂金属负极的稳定性。第四章:针对固态电解质的电极-电解质界面问题,我们通过发展电极-电解质一体化和PTHF-HDI-TOC改性正极粘结剂两个策略,有效地提高了电解质对活性物质的浸润性,实现了锂离子在活性物质颗粒之间的快速传导,进而显著提升了固态锂金属电池在室温条件下的循环性能和倍率性能。第五章:对本论文工作进行了总结归纳,提出制备新型聚合物电解质和优化界面问题的可能途径,并对下一代固态聚合物电解质的设计应用进行了展望。

关键词：聚合物电解质钛氧团簇固态锂金属电池电极-电解质界面

基于二维硅酸镁锂的新型复合固态电解质的制备及性能研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于二维硅酸镁锂的新型复合固态电解质的制备及性能研究

作者：李君红华中科技大学

学位级别：硕士

固态锂金属电池兼顾高能量密度和高安全性,是极具发展潜力的下一代二次电池体系。作为固态电池的关键材料,聚合物电解质柔性好、质量轻、与电极相容性高,是十分有应用前景的一类固态电解质。然而,聚合物电解质的离子电导率低、机械强度... 详细信息

固态锂金属电池兼顾高能量密度和高安全性,是极具发展潜力的下一代二次电池体系。作为固态电池的关键材料,聚合物电解质柔性好、质量轻、与电极相容性高,是十分有应用前景的一类固态电解质。然而,聚合物电解质的离子电导率低、机械强度和耐热性差,限制了其进一步发展。因此,本论文以开发综合性能优异的新型复合固态电解质为目标,基于增加聚合物/填料的活性界面面积,构建连续离子传输通道的核心思路,设计了以二维硅酸镁锂（LS）作为添加剂的复合固态电解质,全方位提升了其离子电导率、电化学稳定性、机械强度和热稳定性,揭示了离子电导率和锂/电解质界面稳定性提升的机理,实现了固态锂金属电池良好的循环和倍率性能。主要研究工作如下:（1）将二维硅酸镁锂引入聚环氧乙烷（PEO）电解质中制备了新型复合固态电解质（PEO-LS）。基于LS的高硬度和良好的热稳定性,PEO-LS复合电解质的机械性能和热稳定性都得到了良好提升。电负性表面的LS可通过静电相互作用促进双三氟甲烷磺酰亚胺锂（Li TFSI）的解离,在聚合物/填料界面构建快速导锂离子通道,从而实现了复合电解质在60℃下1.1×10S cm的高离子电导率。同时,LS对Li TFSI解离的促进作用导致更多的TFSI参与富含Li F的固态电解质界面相（SEI）的形成,有效提升了锂/电解质界面稳定性。使用PEO-LS复合电解质组装的锂//锂对称电池在60℃、0.2 m A cm、0.1 m Ah cm测试条件下可稳定循环600 h。此外,组装的Li Fe PO//Li全电池在60℃和1 C倍率条件下具有135.8 m Ah g的首圈放电比容量,循环800圈后仍有75%的容量保持率,显示出极佳的循环稳定性。（2）针对硅酸镁锂在有机溶剂中分散性差,导致与聚合物界面作用位点不足的问题,本论文通过对LS进行有机改性制备了亲油性的1-十六烷基-3-甲基咪唑修饰的硅酸镁锂（HLS）,显著提高了其在有机溶剂中的分散。进一步将HLS与聚偏氟乙烯（PVDF）复合制备了厚度～25μm的新型超薄复合固态电解质（PVDF-HLS）,极大地缩短了离子传输距离,提升了电池的综合性能。HLS的引入一方面使PVDF产生了晶粒细化效应,促进了电解质膜的致密化,增加了离子传输界面并促进了离子的均匀沉积;另一方面HLS的吸附作用促进了更多溶剂化分子的形成,从而实现了超薄复合电解质优异的机械性能、高的室温离子电导率和稳定的锂/电解质界面。使用该超薄复合电解质组装的锂//锂对称电池在室温、0.1 m A cm、0.05 m Ah cm测试条件下可稳定循环2000 h。Li Fe PO//Li全电池在室温和0.5 C下循环200圈后容量保持率为99.9%。经活化后,以Li NiCoMnO（NCM811）为正极的全电池在室温和0.5 C下的首圈放电比容量为122.6 m Ah g,稳定循环100圈后放电比容量仍有112.8 m Ah g。

关键词：固态锂金属电池复合固态电解质二维添加剂硅酸镁锂

双层复合固态电解质膜的构筑及固态锂电池性能研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

双层复合固态电解质膜的构筑及固态锂电池性能研究

作者：王安哲华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

金属锂作为二次充电电池的负极材料因其密度小(0.53 g cm-3)、氧化还原电位低(-3.04V ***/Li+)以及理论容量高(3860 mAh g-1)而备受关注。电解液充当离子传送载体,对电池电化学性能影响深远。传统有机电解液导离子性能优异、与电极接触... 详细信息

金属锂作为二次充电电池的负极材料因其密度小(0.53 g cm-3)、氧化还原电位低(-3.04V ***/Li+)以及理论容量高(3860 mAh g-1)而备受关注。电解液充当离子传送载体,对电池电化学性能影响深远。传统有机电解液导离子性能优异、与电极接触良好,但其本身所固有的易燃、易泄漏、易挥发等问题严重威胁电池的安全运转。此外,由于锂离子在锂金属表面的不均匀分布,锂负极在沉积/剥离过程中容易形成树枝状锂枝晶,致使循环寿命衰减甚至短路。因此,采用不可燃、封装性优异、机械性能良好的固态电解质有望消除传统电解液存在的安全问题。在目前最常研究的聚合物中,聚丙烯腈(PAN)具有良好的抗氧化特性、热稳定性、机械性能以及宽的电化学稳定窗口,使PAN成为固体电解质的理想候选物。但纯PAN基聚合物电解质在对锂金属负极的使用中还存在诸多问题,如聚丙烯腈中的氰基或羧基等官能团易与金属锂发生还原反应,形成亚胺或酰亚胺类化合物,这些反应会使得聚合物分子结构发生改变,进而影响电池的长循环稳定性。因此,PAN作为锂金属电池固态聚合物电解质时,需要进行表面修饰或结构改性等处理,以提高与锂金属的稳定性。本研究中,首先基于PAN引入不同种类离子液体(IL),对比各类离子液体对电解质膜电化学性能的影响,同时探究PAN/LiTFSI/IL三者最佳比例,以制备出综合性能较好的单层PAN固态电解质膜;在此基础上引入PEO基固态电解质改善电解质-负极金属锂界面,为解决PEO电解质膜离子电导率低及离子迁移数低的问题,引入离子液体和金属有机框架(MOF)并设计双层电解质结构,构筑了兼具高离子电导率、宽电化学窗口、对金属锂稳定的固态电解质薄膜。离子液体的添加显著提升了 PAN聚合物基体的离子电导率和电化学窗口。通过对比咪唑、吡咯、哌啶三种离子液体对电解质膜电化学性能的影响,选用吡咯类离子液体Pyr13TFSI制备得到的复合电解质薄膜在电化学窗口和离子电导率方面表现出最佳综合性能。在此基础上探究PAN、LiTFSI、Pyr13TFSI三者之间的比例对固态电解质膜性能的影响规律并确定一个最优比制作单层PAN固态电解质。当三者比例为1:0.6:1时,电解质膜有良好的电化学稳定性,电化学窗口为4.55V,室温下离子电导率为2.53×10-4 S cm-1,离子迁移数为0.363。在以金属锂为负极和NCM811为正极组装的固态锂电池中,由于PAN对锂不稳定,电池在室温下循环稳定性较差,首圈放电比容量为143 mAhg-1,50圈容量保持率为 76%。PEO在锂金属负极中具有良好的稳定性。然而它的氧化稳定性差会导致它们与高压正极不相容。针对上述问题提出双层固态电解质薄膜,采用PEO基聚合物对锂,PAN基聚合物对正极,以此提高电化学稳定窗口及循环稳定性。PEO侧固态电解质引入Li-IL@HKUST-1作为活性填料,以提高PEO侧电解质的离子电导率,并借助HKUST-1暴露的阳离子活性位点锚定锂盐阴离子,提升电解质的离子迁移数。使用双层流延法制备的固态电解质膜具有4.85V高电化学稳定窗口,室温下1.25×10-4 Scm-1的离子电导率,组装NCM811/PAN-PEO/Li全电池,60℃下具有183 mAhg-1的比容量,循环50圈后容量保持率为87%,对比单层PAN膜的循环比容量和容量保持率均有明显提高;此外,分别制备PAN膜和PEO膜后,简单叠加组装双层固态电解质的全电池表现出173 mAhg-1比容量和50圈后的78%的容量保持率,证明了双层流延法制备的双层固态电解质更优异的电化学性能。

关键词：双层固态电解质离子液体金属有机框架固态锂金属电池

MOF添加剂对聚合物基全固态电解质的改性研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

MOF添加剂对聚合物基全固态电解质的改性研究

作者：张琪江苏科技大学

学位级别：硕士

随着电动汽车领域和各种储能系统的飞速发展,传统的可充电锂离子电池已无法满足人们对其更高性能的需求。因此,既具有高能量密度又具备高安全性的新型全固态锂离子电池映入了研究人员的眼帘。其中,固态复合型电解质是当前该领域研究的... 详细信息

随着电动汽车领域和各种储能系统的飞速发展,传统的可充电锂离子电池已无法满足人们对其更高性能的需求。因此,既具有高能量密度又具备高安全性的新型全固态锂离子电池映入了研究人员的眼帘。其中,固态复合型电解质是当前该领域研究的主要方向之一,因为它的电化学性能、力学性能和热稳定性等特点非常优异。使用固态复合型电解质,可以有效地解决锂离子不均匀沉积问题和界面兼容性不佳等问题,从而增强全固态锂离子电池的循环性能和寿命。本文从高能量密度和高安全性的角度出发,详细探讨了相关机理。具体内容如下:(1)首次将PVB添加剂引入电解质膜中,制备了由纳米结构MOFs(UiO-67)、PVDF-HFP、PVB和Li TFSI组成的电解质膜。对电解质膜进行了电化学表征(EIS、LSV、CV和电池测试)。SCE UBP-2(PVB:PVDF-HFP=1:10)表现出较高的锂离子迁移数(t=0.72)和良好的离子电导率(60℃时为3.27×10S cm),该电解质膜在锂对称电池中可以在0.1 m A cm下连续循环2500小时以上而不会发生短路。此外,使用该电解质膜的全电池也有着优异的性能,60℃时在0.1 C下循环200次后,保持了较高的可逆放电容量154.9 m Ah g时,3 C时容量仍然可以保持到约100 m Ah g。(2)设计了一种新型凝胶聚合物电解质(UPP-5),该电解质由离子液体结合金属有机框架纳米颗粒(IL@MOFs)组成。将IL([PP][TFSI])成功地引入到MOFs(UiO-66-NH)中制备了新型GPE UPP-5,为锂电沉积提供了稳定的电解质/电极界面。UPP-5 GPE的锂离子迁移数提高至0.52,与金属锂负极间具有良好的兼容性,电化学稳定窗口约为5.5 V。此外,含有UPP-5电解质的Li/LFP全电池在0.2 C下表现出约160 m Ah g的电池容量,循环超过100次而没有任何衰减。(3)采用简单溶液铸造法制备了一种核壳结构MOFs(UiO-66-NH@67)为填料的新型SCE膜。在60℃时具有满意的离子电导率(2.09×10 S cm),约5.0 V的宽电化学稳定窗口和优良的锂离子迁移数(t=0.6687)。在0.1 m A cm下,具有SCE-66@67的锂对称电池可以稳定循环700 h而没有发生内部短路。更重要的是,在3 C时,它仍能保持约120.9 m Ah g的放电容量。

关键词：固态锂金属电池固态电解质聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯 UiO-67 UiO-66-NH2

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基固态电解质的原位制备及界面调控

PEO基固态电解质的原位制备及界面调控

作者：张宇航大连理工大学

学位级别：硕士

为减少不可再生能源的使用,环保可持续的锂离子电池已经被广泛用于储能领域。然而受到组成材料的限制,锂离子电池难以满足日益增长的高能量密度、高安全性的储能器件需求。固态锂金属电池被认为是下一代理想的储能器件,但电极-固态电解... 详细信息

为减少不可再生能源的使用,环保可持续的锂离子电池已经被广泛用于储能领域。然而受到组成材料的限制,锂离子电池难以满足日益增长的高能量密度、高安全性的储能器件需求。固态锂金属电池被认为是下一代理想的储能器件,但电极-固态电解质的界面问题一直限制着固态锂金属电池的应用。虽然原位制备固态电解质构筑的固-固超共形界面,在一定程度上改善了电极-电解质的界面接触性能,但选择固态电解质前驱体时,很少兼顾其与电极间的界面稳定性以及化成固态电解质后的化学/电化学稳定性,从而直接引起固态电解质与电极间剧烈反应,导致固态电池内部产生高界面阻抗及严重的锂枝晶生长。为此,本论文旨在采用醚类前驱体原位合成高性能PEO基固态电解质,同时原位构筑电极-电解质界面层,通过一步法制得固态锂金属电池,实验证实该固态电池在室温、高压下能够长循环稳定运行。本文详细工作具体如下:(1)采用聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)作为聚合物前驱体,以碳酸亚乙烯酯(VC)作为锂负极成膜添加剂,采用原位共聚法制备了高性能的PEO基固态电解质,并通过FTIR、NMR和SEM等表征手段证明了共聚反应的发生。此新型固态电解质具有优异的电化学性能包括室温离子电导率(0.4 m S cm)、锂离子迁移数(0.46)以及电化学稳定窗口(5.1 V)。同时VC在锂负极表面参与形成界面层,改善了锂负极界面稳定性,使对锂电池的稳定运行时长提高了100倍。该固态电解质组装的Li-Li Fe PO电池在室温、倍率为1 C下可稳定循环300圈以上。此外,将其匹配高负载正极(5.5-10.5mg cm)以及组装软包电池后,电池仍可正常运行,证明了此固态电解质的实用性。(2)在(1)述工作基础上,将锂镧锆钽氧(LLZTO)引入前驱体中,通过原位构筑无机物缓冲层改善固态电解质与高压三元正极的界面稳定性。此外,通过隔膜的截留作用使LLZTO只分散在面对正极侧的膜表面,消除了LLZTO对锂负极界面成膜的影响,并通过SEM和EDS验证了这种非对称膜结构。在无机物缓冲层的作用下,缓解了固态电解质与正极的副反应,形成了一层薄且稳定的正极界面层,组装的Li-NCM811电池在室温、倍率为0.5 C的条件下循环了200圈,且运行期间电池的库伦效率接近100%。此外,LLZTO的引入不仅增加了锂离子传输路径而且加快了锂离子在界面处的穿梭,使得该复合固态电解质的低温(-15℃)离子电导率高达0.1 m S cm,并初步证实了固态电池的低温性能。因此,本文所制备的固态锂金属电池有在低温、高压下的应用前景。

关键词：固态锂金属电池原位聚合固态电解质界面稳定性

锂离子电池高容量Si/C负极以及固态复合电解质的制备及其优化

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

锂离子电池高容量Si/C负极以及固态复合电解质的制备及其优化

作者：张早红江苏科技大学

学位级别：硕士

随着电动汽车、各种储能系统的快速发展,传统锂二次电池已无法满足人们对更高性能电池的需求。因此,同时拥有高能量密度和高安全性能的固态锂离子电池成为下一代锂二次电池的研宄热点。其中,固态复合型电解质以其优异的电化学性能、良... 详细信息

随着电动汽车、各种储能系统的快速发展,传统锂二次电池已无法满足人们对更高性能电池的需求。因此,同时拥有高能量密度和高安全性能的固态锂离子电池成为下一代锂二次电池的研宄热点。其中,固态复合型电解质以其优异的电化学性能、良好的力学性能和热稳定性等特点,已成为当前固态电解质研究的主要方向之一。通过使用固态复合型电解质,不仅可以有效的改善界面兼容性差的问题,还可以改善由于电场分布不均匀而引发的锂离子不均匀沉积问题,最终增强固态锂电池的循环性能和寿命。本论文从高能量密度和高安全性为出发点,并详细讨论了相关的机理。具体如下:(1)利用热分解得到的硅/碳纳米纤维/碳(Si/CNF/C)复合材料作为负极材料,系统的研究了Si材料体积膨胀问题以及电化学性能等问题。结果显示该材料在电流密度为100 m A g下,获得了高放电比容量～1050 m Ah g。说明该Si/CNF/C复合材料在循环过程中能有效改善Si材料体积变化的问题,同时也为锂离子传输提供了通道,缩短了离子迁移路径。(2)利用固相法合成了具有高离子电导率的立方相LiLaZrTaO(LLZTO)粉体,再将其添加到PVDF-HFP聚合物基体中,再添加固体塑型剂丁二腈(SN),进而获得了具有高离子电导率、热-电化学性稳定的LLZTO/PVDF-HFP/SN固态复合型电解质,系统地研究了该复合电解质的电化学性能(离子电导率、离子迁移数和电化学稳定窗口等)以及热力学性能等方面,并将其用于固态Li/Li Fe PO扣式电池中研究循环性能。该电池在0.5 C下,循环269周后容量仍可维持在150.2 m Ah g左右,库仑效率高,容量保持率接近100%。(3)采用溶剂热法制备具有正八面体结构和尺寸均匀的Ui O-66-NH纳米材料。该材料颗粒尺寸均匀(约100 nm),比表面积大(约512 m g),孔径为Ⅰ型微孔(约0.54 nm和1.27 nm)。将Ui O-66-NH纳米粉体分散在PVDF-HFP聚合物基体中,再添加酸性纳米二氧化锆(S-Zr O)粉体,通过刮涂法制备了基于PVDF-HFP的固态复合型电解质。经研究发现:该固态复合型电解质不仅具有高的锂离子迁移数(0.72)和宽的电化学稳定窗口5 V(***/Li);而且还与锂金属有着稳定的界面兼容性,可以有效抑制锂枝晶的生长。将该电解质用于固态Li/Li Fe PO电池中研究循环性能,并系统研究了其容量衰退的原因,最终借助于复合型电池改善了正极侧的界面兼容性问题。该电池在0.2 C下获得了～158 mAh g的高比容量,且库仑效率接近100%。

关键词：固态锂金属电池固态复合型电解质硅碳复合材料聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯锂镧镐钽氧

锂镧锆氧纳米纤维膜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

锂镧锆氧纳米纤维膜的制备及其在固态锂电池中的应用

作者：陈巧静东华大学

学位级别：硕士

鉴于传统的液态锂电池已经不能满足当前市场对储能系统的要求,全固态锂金属电池因其安全稳定、高比容量的优势得到了广大学者的青睐。然而,单一的有机、无机固态电解质都存在一定的局限性,因此将二者复合成为了研究的热点。目前,用无机... 详细信息

鉴于传统的液态锂电池已经不能满足当前市场对储能系统的要求,全固态锂金属电池因其安全稳定、高比容量的优势得到了广大学者的青睐。然而,单一的有机、无机固态电解质都存在一定的局限性,因此将二者复合成为了研究的热点。目前,用无机陶瓷纳米颗粒填充制备有机/无机复合电解质的方法容易造成纳米颗粒团聚,影响锂离子(Li)的连续传导。另外一方面,聚合物基体中阴离子的自由移动导致电解质在电池充放电过程中存在严重的浓差极化现象,致使Li在电解质和电极界面的传输受阻,Li在界面累积诱导锂枝晶生长,限制了电池的长循环稳定性。以往研究已经证明,当复合电解质中陶瓷填料含量高时,Li的传输主要由陶瓷部分主导,复合电解质的电化学性能与陶瓷部分的结构密切相关。然而,在长期的充放电循环过程中,当无机填料和聚合物形成的复合电解质机械性能不足时,依然无法抑制锂枝晶生长,导致阳极钝化,最终影响电池寿命。因此,调控陶瓷部分的结构和锂金属负极界面是构建电解质中Li均匀分布和传导及抑制锂枝晶生长的重要手段。本文采用铝(Al)元素掺杂的方法,用静电纺丝技术制备了室温稳定性好,离子电导率高的LiLaAlZrO(LLZAO)陶瓷纳米纤维电解质膜,并以此作为复合电解质的三维(3D)网络框架,向其中浇铸聚环氧乙烷(PEO)和双三氟甲基磺酸亚酰胺(Li TFSI)制备了LLZAO-PEO-Li TFSI复合电解质,对其电化学性能等进行了系统研究。纺丝过程中进行Al元素掺杂有利于平滑晶体界面、降低界面阻抗、稳定其结构。制备的高取向性的LLZAO陶瓷纳米3D结构为复合电解质提供了快速、连续、均匀的Li传输路径,避免了传统制备方法中颗粒团聚现象的发生,离子电导率提高,电化学稳定窗口明显拓宽(5V vs Li/Li),锂离子迁移数(t =0.631)相对于PEO-Li TFSI聚合物电解质(t =0.235)大幅提升,机械性能也得到改善,断裂强力可达约6MPa。LLZAO-PEO-Li TFSI复合电解质虽在一定程度上缓解了锂枝晶的生长,然而,其机械强力无法抑制长期循环过程中锂枝晶的形成。另外,尽管复合电解质与金属锂负极界面接触相对无机固态电解质有所改善,但两者间的固-固界面之间依然有间隙。针对以上两个问题,本文将Ga-Sn-In混合液态金属涂敷到锂金属负极表面与电解质形成固-液界面,进一步改善了电解质与金属锂负极的界面接触。而且改性后锂负极显著降低了Li的成核势垒,使Li均匀沉积,组装的改性Li|LLZAO-PEO-Li TFSI|改性Li对称电池可以在0.2m A/cm的电流密度下稳定循环1200h。

关键词：静电纺丝 LLZAO纳米纤维有机/无机复合固态电解质电极/电解质界面改性固态锂金属电池