检索结果-南通市图书馆

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

NASICON型-固体电解质Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3的掺杂改性及界面修饰研究

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NASICON型-固体电解质Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3的掺杂改性及界面修...

作者：蔡泽华贵州大学

学位级别：硕士

锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等优点而被广泛用于消费电子产品、电动车等储能设备中,相比用高活性、易挥发且易燃的有机电解液作为电解质的传统锂离子电池,基于固态电解质的锂金属电池在安全性和能量密度等方面具有更明显的优... 详细信息

锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等优点而被广泛用于消费电子产品、电动车等储能设备中,相比用高活性、易挥发且易燃的有机电解液作为电解质的传统锂离子电池,基于固态电解质的锂金属电池在安全性和能量密度等方面具有更明显的优势。为实现这种技术,开发出离子导电性能优异、制备工艺简便的无机固体电解质变得十分关键。近年来,具有钠超离子导体晶型(NASICON)的LiAlTi(PO)(LATP)被作为最有潜力的固态电解质之一,这归因于其较高的晶粒电导率、较宽的电化学窗口及良好的化学稳定性。然而,由于晶界处存在阻塞效应,严重阻碍了锂离子的迁移,从而显著降低了LATP固态电解质的总电导率。本文将溶胶-凝胶法作为制备LATP前驱体粉末的工艺,电化学阻抗分析表明,由于LATP存在较大的晶界阻抗,结果LATP的总电导率为8×10 S cm(303K),难以满足它在储能设备中的实际应用。为优化LATP的离子电导率,我们将NbO作为掺杂剂引入到LATP固体电解质中,利用XRD、SEM和电化学阻抗谱(EIS)等表征方法系统研究了NbO的掺杂含量对LATP的相组成、微观形貌及离子导电性能的影响。结果,当NbO的掺杂含量为8-wt%时,LATP导电陶瓷具有最高的总离子电导率3.54×10 S cm(303 K)、相对密度91.7%和最低的活化能0.271 e V,相比未掺杂的体系,离子电导率提升了4-5倍。此外,烧结参数和化学稳定性对NbO-LATP体系导电性能的影响也被分析。此外,用固体电解质组装全电池时,电解质与固体电极间的界面兼容性将成为另一不容忽视的问题。通常,电解质-电极间不良的接触稳定性和极大的界面阻抗会严重地影响电池的性能。因此,为将上述性能最优,掺杂8-wt%NbOLATP的固体电解质应用于固态锂金属电池中,采用滴涂-包覆的工艺,制备了PEO-LATP-PEO复合电解质(PCPCEs)。电性能测试结果表明:该复合电解质不仅能够有效地改善电极-电解质材料间不良的接触,降低LATP与电极材料间的界面阻抗,而且还能防止其被锂金属所还原。结果,恒流充放电测试表明:当电流密度为0.1 m A cm时,Li||PCPCEs||Li锂对称电池能够稳定地充放电循环200 h。基于复合电解质的Li||PCPCEs||Li Fe PO固态锂金属电池,在室温下具有良好的循环稳定性,在0.1 C倍率下,电池的首次放电比容量能够达到152.5 m Ah g,循环50圈后,电池的放电容量保持率依然能够保持在82%以上。上述结果进一步说明,构建PCPCEs复合电解质可作为一种有效改善无机陶瓷电解质与固体电极界面稳定性的一般性策略,并拓宽其在固态金属电池的潜在应用。

关键词：离子电导率 Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3(LATP) Nb2O5 溶胶-凝胶法界面稳定性固态锂金属电池

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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

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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

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PAN基固态电解质的制备及性能研究

PAN基固态电解质的制备及性能研究

作者：李倩慧河南师范大学

学位级别：硕士

考虑到锂金属电池的安全性问题,目前最有前途的研究方向是用固体电解质(SE)替代传统的易燃电解液,从而在根本上解决问题。目前SE的研究主要关注于如何提高其离子电导率以及改善电极/电解质界面之间的接触问题。针对上述问题,旨在获得高... 详细信息

考虑到锂金属电池的安全性问题,目前最有前途的研究方向是用固体电解质(SE)替代传统的易燃电解液,从而在根本上解决问题。目前SE的研究主要关注于如何提高其离子电导率以及改善电极/电解质界面之间的接触问题。针对上述问题,旨在获得高离子电导率、与金属锂负极兼容性较好,在固态锂金属电池中可以稳定循环的固体电解质。本论文以PAN聚合物为基体,制备了高离子电导率、高机械性能和热稳定性、电化学稳定性良好的PAN/Garnet复合电解质、3D PAN/Garnet增强的PEO复合电解质以及高锂离子迁移数、界面兼容性好的TP膜。对固体电解质的物理特性以及电化学性能进行了系统的研究,并将其应用到固态锂金属电池中,得到了优异的循环性能。具体的研究内容如下:(1)溶液浇筑法成功制备了高离子电导率的PAN/Garnet固态电解质。利用固相法成功烧结了Garnet型立方相LLZO,简单的溶液浇筑法探究了LLZO的添加量对PAN电解质性能的影响。实验结果证明,LLZO陶瓷为Li提供额外的通道,提高复合固态电解质的离子电导率;同时降低聚合物基体的结晶度,加快PAN链段运动。含陶瓷填料的复合电解质比PAN聚合物电解质具有更高的离子导电性和更好的安全性,为固态锂金属电池的应用提供了可能。(2)静电纺丝技术成功制备了热稳定性好、电导率以及机械性能好的3D PAN/Garnet增强的PEO复合电解质。采用静电纺丝技术制备PAN为骨架的3D复合聚合物电解质具有成膜性好、力学性能好和热稳定性高等优点。其离子电导率以及电化学稳定性相较于纯PEO电解质膜而言均有所提高。为了进一步提高上述聚合物电解质的电化学性能,直接将三维PAN/Garnet骨架浸泡在PEO溶液中,得到理想的3D柔性电解质。DSC、FTIR等测试证明LLZO可以降低PEO的结晶度,与PEO链段共同对阴离子TFSI起到固定的作用,促进锂盐的解离,使离子电导率提升一个数量级(8.89×10 S cm),t由0.454提升到0.55。其固态锂金属电池也表现出优越的循环性能。(3)制备了高锂离子迁移数的TPFPP-PAN聚合物电解质。通过控制三(五氟苯基)膦(TPFPP)的量,优化PAN基SPEs的性能。结果证明TPFPP可以与锂盐之间具有一定的络合作用,可以降低PAN结晶度,促进Li迁移,提升聚合物电解质的离子电导率,锂沉积/剥离曲线证明了改善过后的TP膜与金属锂的兼容性较好,改善了电解质/负极界面。应用到Li/LFP固态电池中,电池在0.2 C倍率下循环200周比容量仍然能够达到140.9 mA h g,容量保持率达到98.6%。在不同倍率下循环后,电流密度急剧减小到0.1C后比容量仍然能够恢复到143 mA h g且库伦效率一直维持在99.8%。主要是因为TP膜具有较高的离子电导率,且与金属锂的兼容性较好,说明TPFPP在固态锂金属电池中具有一定的应用潜能。

关键词：固态锂金属电池 Li7La3Zr2O12 聚丙烯腈聚环氧乙烷电化学性能

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高比能固态锂-氧气电池研究

高比能固态锂-氧气电池研究

作者：叶义鹏南京大学

学位级别：硕士

当前广泛使用的锂离子电池能量密度偏低,安全性和可靠性较差,已经越来越难以满足人们日常生活的需要。此外,电动汽车的高速发展对电池的能量密度和安全性能提出了更高的要求。其中,以金属锂作为负极的锂-氧气电池因为其超高的能量密度(... 详细信息

当前广泛使用的锂离子电池能量密度偏低,安全性和可靠性较差,已经越来越难以满足人们日常生活的需要。此外,电动汽车的高速发展对电池的能量密度和安全性能提出了更高的要求。其中,以金属锂作为负极的锂-氧气电池因为其超高的能量密度(约3500 k Wh kg)而受到研究人员的广泛关注。然而,金属锂-氧气电池也同样遇到了由锂枝晶生长导致电池短路继而引发的起火、燃烧等安全问题。采用固态电解质(solid-state electrolytes,SSEs)替代传统有机液态电解质的锂-氧气电池被认为是发展下一代高比能电池的有力竞争者。基于固态电解质构筑的熔融盐锂-氧气电池在≥150℃的热力学温度下实现了可逆的四电子反应(LiO)。该电池理论上具有高达10.5 k Wh L体积能量密度,甚至超过了汽油燃烧的比能量(9.5 k Wh L),是目前发现锂电池中能量密度最高的电池。但是,基于LiO的四电子反应需要在≥150℃的高温环境中实现,这极大地限制了该高比能电池的发展。针对这一挑战,本文将界面改性技术与我们提出的太阳能光热电池技术相结合,设计并制备了一种可以高效利用太阳能的高比能固态锂-氧气电池,以克服四电子转换形成LiO所需的高热力学能垒,在室温环境中实现可逆的四电子转换反应。本文中,我们首先开发了一种高温稳定的三元碱金属盐(Li NO-KNO-Cs NO)人工界面层来改善金属/固态电解质之间的界面接触和高温下的界面稳定性,并基于此制备了固态锂金属对称电池。该电池在150℃的高温下的充放电过电位仅为3 m V,并且能稳定循环180 h。进一步,基于该界面层构筑了固态锂-氧气全电池。该电池在150℃的高温下对应全充/放电容量为1.58 m Ah cm,对应库伦效率接近100%,且在定容0.1 m A cm的电流密度下,可稳定循环40圈,从而拓展了高比能固态电池在高温领域的应用。最后,结合我们提出的太阳能光热电池技术,将该电池体系的操作温度降至室温并以3C和10C的充/放电电流密度,定容1000 m Ah g,能稳定循环170圈以上。

关键词：固态锂金属电池锂-氧气电池高温电池太阳能光热电池