【摘要】：鋰離子電池作為可商業(yè)化的二次電池因?yàn)槠涔ぷ麟妷焊?比能量大,循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于便攜式數(shù)字產(chǎn)品。然而,隨著電動(dòng)汽車,混合動(dòng)力汽車和人工智能的普及,傳統(tǒng)型的鋰離子電池漸漸不足以滿足持續(xù)增長(zhǎng)的高能量密度和高功率密度的需求。鋰金屬是一種理想的鋰電池的負(fù)極材料,擁有著高的比容量(3860 mAh/g),極低的電化學(xué)電位(-3.04 V)和低的密度(0.59 g/cm3)。在傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)體系循環(huán)過程中,鋰金屬表面嚴(yán)重的鋰枝晶的生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致鋰金屬電極低的庫(kù)倫效率,差的循環(huán)壽命,并且嚴(yán)重的鋰枝晶可能穿破隔膜造成電池短路進(jìn)而發(fā)生火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)。此外,液體電解質(zhì)含有大量的易燃的碳酸酯類溶劑,并容易發(fā)生泄漏。因此,傳統(tǒng)型的液體電解質(zhì)無(wú)法滿足鋰金屬電池的實(shí)際應(yīng)用需求。聚合物電解質(zhì)通常具有高的離子電導(dǎo)率、良好的韌性和優(yōu)良的耐熱性,被廣泛認(rèn)為有望解決鋰金屬電池的枝晶生長(zhǎng)和低安全性的問題。本論文從鋰枝晶的生長(zhǎng)出發(fā),制備了高安全性的、高彈性的聚2-苯氧基乙基丙烯酸酯的凝膠聚合物電解質(zhì)和全固態(tài)聚合物電解質(zhì),并在鋰金屬電池和柔性電池方面表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛能。(1)本實(shí)驗(yàn)采用具有規(guī)則有序的氧原子的聚2-苯氧基乙基丙烯酸脂(EGPEA)作為聚合物骨架材料,電解液選用1 M LiPF6/EC-DMC-EMC制備一種高彈性的聚合物電解質(zhì)(PEGPEA-GPE)。經(jīng)過對(duì)凝膠電解質(zhì)的力學(xué)性能的測(cè)試發(fā)現(xiàn),PEGPEA-GPE的壓縮應(yīng)變量可達(dá)到99%。經(jīng)過阻抗譜的測(cè)試發(fā)現(xiàn),PEPGEA-GPE室溫下離子電導(dǎo)率高達(dá)3.35×10-3 S//cm。并且PEGPEA-GPE的電化學(xué)穩(wěn)定窗口高達(dá)4.9 V。(2)本實(shí)驗(yàn)制備Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2正極材料,并在組裝4.6 V的Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2/PEGPEA-GPE/Li 紐扣電池。室溫下,制備的 PEPGEA-GPE 聚合物紐扣電池在0.2 C(1 C=200 mAh/g)的電流密度下循環(huán)70圈后,其容量保持率高達(dá)99%,并且其平均庫(kù)倫效率高達(dá)98%。經(jīng)過對(duì)循環(huán)后的電池進(jìn)行拆封和觀察鋰片的表面形貌發(fā)現(xiàn)鋰枝晶被明顯的抑制。凝膠聚合物在循環(huán)過程中對(duì)鋰枝晶的抑制作用主要是因?yàn)榫酆衔镌鰪?qiáng)的固態(tài)電解質(zhì)層(SEI)和良好的電極材料和電解質(zhì)界面接觸。(3)為了進(jìn)一步解決液態(tài)電解質(zhì)帶來(lái)的低安全性問題,本文還制備了 PEPGEA作為聚合物基質(zhì)的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)(PSPE)。本實(shí)驗(yàn)選用EGPEA為聚合單體,雙三氟甲基磺酰亞胺鋰(LiTFSI)為鋰鹽和二氧化硅納米顆粒(Si02)為添加劑通過原位聚合法制備高彈性的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)。經(jīng)過阻抗譜測(cè)試發(fā)現(xiàn)PSPE在室溫下的離子電導(dǎo)率可達(dá)到2.16×10-5S/Cm。經(jīng)過循環(huán)伏安法測(cè)試發(fā)現(xiàn),PSPE的電化學(xué)穩(wěn)定窗口達(dá)到4.8 V。經(jīng)過鋰離子遷移數(shù)的測(cè)定發(fā)現(xiàn)PSPE的鋰離子遷移數(shù)高達(dá)6.3。高的鋰離子遷移數(shù)對(duì)均勻的鋰離子沉積具有重要意義。組裝的Li/PSPE/Li紐扣電池在0.5 mA/Cm2充放電流密度下循環(huán)200小時(shí)后仍然保持穩(wěn)定的極化曲線,這證明了鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)具有穩(wěn)定的傳輸通道。(4)本實(shí)驗(yàn)組裝全固態(tài)的LFP/PSPE/Li型紐扣電池在55℃下以0.1 C(1 C=180 mAh/g)電流密度下充放電循環(huán)100圈后,全固態(tài)電池的放電容量保持率高達(dá)95%。循環(huán)后通過對(duì)全固態(tài)電池拆封對(duì)鋰金屬電池表面進(jìn)行SEM表征發(fā)現(xiàn)鋰金屬表現(xiàn)呈現(xiàn)光滑的界面,并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的鋰枝晶。PSPE對(duì)鋰枝晶抑制作用主要得益于高的鋰離子遷移數(shù)導(dǎo)致的均勻的鋰離子沉積。(5)為了測(cè)試PSPE在柔性聚合物電池中的應(yīng)用潛能,本實(shí)驗(yàn)組裝了 LFP/PSPE/Li型柔性電池發(fā)現(xiàn)在常溫下點(diǎn)亮LED燈,并且對(duì)折后的柔性電池能夠正常工作。本實(shí)驗(yàn)通過燃燒實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PSPE的耐燃燒穩(wěn)定性要強(qiáng)于常規(guī)的Celgard隔膜。
【圖文】：

可能會(huì)從根部斷開，從而引發(fā)脫落，形成“死鋰”（ＣｈｅｉｉｇＸ－Ｂ，Ｗａ／．邋２０１５），，多次重復(fù)逡逑以上過程導(dǎo)致了鋰金屬電極在電池的重放電過程中表現(xiàn)出庫(kù)倫效率低的弱點(diǎn)（Ｘｕ邋Ｗ逡逑ｅｔａｌ．邋２０１４）。如圖１所示，鋰金屬在液態(tài)電解質(zhì)中會(huì)形成嚴(yán)重的鋰枝晶（Ｚｈａｎｇ邋ＸＱ，ｄ逡逑ｄ邋２０１８）。此外鋰枝晶和“死鋰”的形成會(huì)引起鋰金屬電極的界面性能變差。從而影逡逑響鋰金屬電池的性能。經(jīng)過數(shù)圈的循環(huán)之后，鋰枝晶的生長(zhǎng)可以達(dá)到幾百個(gè)微米的厚逡逑度。所以解決鋰枝晶生長(zhǎng)的問題是迫在眉睫的。逡逑ｉ邋＾邐■邋ｆ：＞邋？Ｈ邋？邐＾邋．．邋Ａ，，．．邋．邋■邋：邐？（？？．．邋■邐Ｖ．逡逑圖１．邋ＥＣ邋／邋ＤＥＣ中鋰離子沉積過程中的原位光學(xué)顯微鏡觀察。逡逑Ｆｉｇ邋１．邋Ｉｎ－ｓｉｌｕ邋ｏｐｔｉｃａｌ邋ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ邋ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｌｉｔｈｉｕｍ邋ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｉｎ邋ＥＣ／ＤＥＣ．邋（Ｚｈａｎｇ邋Ｘ逡逑Ｑｅｔａｌ．邋２０１８）逡逑目前液態(tài)電解質(zhì)選用的是非質(zhì)子型的有機(jī)小分子溶劑（Ａｕｒｂａｃｈ邋Ｄ．以0／．邋２００４，邋Ｘｕ逡逑Ｋ２００４）。但是因?yàn)椋蹋榻饘匐姌O低的還原電位以及電池中施加的電壓，液體電解質(zhì)易逡逑于發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)還原反應(yīng)。并且液態(tài)電解質(zhì)中形成的ＳＥＩ層是脆弱的無(wú)法對(duì)鋰金逡逑屬進(jìn)行保護(hù)（Ｇｏｏｄｅｎｏｕｇｈ邋Ｊ邋Ｂ，邋Ｐａｒｋ邋Ｋ－Ｓ邋２０１３）。怎么如何在鋰金屬表面構(gòu)建穩(wěn)定的和均逡逑勻的ＳＥＩ是值得被考慮的。對(duì)鋰金屬具有保護(hù)作用的穩(wěn)定的ＳＥＩ應(yīng)該具備的特點(diǎn)是高逡逑２逡逑

圖３．邋（ａ）前驅(qū)體溶液和ＧＰＥ的Ｒａｍａｎ光譜，（ｂ）ＥＧＰＥＡ，液態(tài)電解液和ＧＰＥ的ＦＴＩＲ光譜。逡逑Ｆｉｇ邋３．邋（ａ）邋Ｒａｍａｎ邋ｓｐｅｃｔｒａ邋ｏｆ邋ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ＧＰＥ，邋（ｂ）邋ＦＴＩＲ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍｓ邋ｏｆ邋ＥＧＰＥＡ，逡逑ｌｉｑｕｉｄ邋ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ邋ａｎｄ邋ＰＥＧＰＥＡ－ＧＰＥ．逡逑３．邋２．邋２邋ＰＥＧＰＥＡ的熱穩(wěn)定性分析逡逑在鋰離子電池的實(shí)際應(yīng)用過程中，電解質(zhì)的耐熱性能是？個(gè)非常的參數(shù)，關(guān)系著逡逑電池的安企性能。ＰＥＧＰＥＡ的ＴＧＡ－ＤＳＣ曲線如圖４所示。由ＴＧＡ曲線可觀察到溫逡逑度在３２３邋°Ｃ時(shí)樣品的質(zhì)丨１：出現(xiàn)快速下降的現(xiàn)象，這足因?yàn)榫酆衔锏姆纸庠斐傻�。并逡逑』Ｌ這個(gè)溫度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋰電池的工作環(huán)境的，所以ＰＥＧＰＥＡ的熱穩(wěn)定性是完全可以逡逑滿足鋰電池的需求的。另外，在４２１邋°Ｃ時(shí)樣品完全變成／碳材料。隨著溫度的繼續(xù)升逡逑高碳材料又變成二氧化碳。在１４９邋°Ｃ是樣品的質(zhì)量有輕微的下降是由于樣品中極少量逡逑的結(jié)合水的流失。通過ＴＧＡ－ＤＳＣ的測(cè)試可知，ＰＥＧＰＥＡ拙有良好的耐熱性能，完全逡逑能夠滿足鋰離子電池的使用要求。逡逑
【學(xué)位授予單位】：海南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ317;TM912

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 杜憲軍;王陸;彭慧麗;于恒杰;劉會(huì)文;張會(huì)斌;王瑛;張立君;竇燕蒙;宋春華;;復(fù)鋰電池用聚合物電解質(zhì)研究進(jìn)展[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào);2019年21期

2 費(fèi)睿愷;;固體聚合物電解質(zhì)的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用淺析[J];科技展望;2016年23期

3 譚斌;馬先果;黃心藍(lán);楊克潤(rùn);鄧正華;;PEO-LiClO_4-Li_4Ti_5O_(12)復(fù)合聚合物電解質(zhì)性能研究[J];電源技術(shù);2013年01期

4 李楠楠;張忠兵;衛(wèi)慧凱;王宇新;衛(wèi)國(guó)強(qiáng);;固體聚合物電解質(zhì)水電解膜電極的制備方法[J];綠色科技;2013年05期

5 王風(fēng)彥;屈年瑞;王洪超;;堿性聚合物電解質(zhì)的應(yīng)用進(jìn)展及其改性研究[J];廣州化工;2012年07期

6 谷芝元;魯?shù)罉s;許明;唐慧;;堿性固體聚合物電解質(zhì)膜的制備及性能研究[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年06期

7 黃琳琳;景義軍;;鋅鎳電池用堿性聚合物電解質(zhì)的研究進(jìn)展[J];電源技術(shù);2009年09期

8 魏文英;尹燕華;;固體聚合物電解質(zhì)技術(shù)的應(yīng)用[J];河北化工;2008年03期

9 程弈星;;固體聚合物電解質(zhì)的研究現(xiàn)狀及展望[J];科協(xié)論壇(下半月);2008年01期

10 古寧宇;李超;張榮斌;;無(wú)機(jī)納米粒子在復(fù)合聚合物電解質(zhì)中作用的研究進(jìn)展[J];化學(xué)通報(bào);2007年09期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 薛志剛;鄧方立;解孝林;;PVDF基多孔聚合物電解質(zhì)的制備及其在鋰離子電池中的應(yīng)用[A];2015年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集——主題H 能源高分子[C];2015年

2 譚海軍;王鋼;潘春躍;;無(wú)機(jī)粒子摻雜含硫聚合物電解質(zhì)的制備與性能[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

3 趙延川;張麗君;許國(guó)峰;鄭吉;胡金波;;以二氟烷基磺酸修飾的聚降冰片烯為基礎(chǔ)的聚合物電解質(zhì)薄膜的制備[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十二屆全國(guó)氟化學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

4 阮文紅;戶獻(xiàn)雷;侯高明;章明秋;容敏智;;超支化納米二氧化硅/聚乙烯醇復(fù)合型聚合物電解質(zhì)的制備[A];2013廣東材料發(fā)展論壇——戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展與新材料科技創(chuàng)新研討會(huì)論文摘要集[C];2013年

5 袁駿飛;吳斌;胡蕓;謝凱;;復(fù)合聚合物電解質(zhì)制備與性能研究[A];第一屆全國(guó)儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)大會(huì)摘要集[C];2014年

6 范麗珍;趙淑金;南策文;;PEO-LiClO_4-SiO_2復(fù)合型聚合物電解質(zhì)[A];中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2003年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2003年

7 袁芳;陳紅征;汪茫;;鋰離子二次電池用全固態(tài)聚合物電解質(zhì)的研究進(jìn)展[A];第五屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅲ[C];2004年

8 徐先華;潘春躍;馮慶;;PEO/LiClO_4/TiO_2復(fù)合聚合物電解質(zhì)的制備及電化學(xué)性能研究[A];第十二屆中國(guó)固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

9 席靖宇;黃小彬;唐小真;;固體超強(qiáng)酸為填料的納米復(fù)合聚合物電解質(zhì)[A];第十二屆中國(guó)固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

10 陳作鋒;姜艷霞;孫世剛;;分子篩復(fù)合微孔型聚合物電解質(zhì)及其與負(fù)極相容性研究[A];第十三次全國(guó)電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前5條

1 仲和;青島能源所固態(tài)鋰電池取得系列階段性進(jìn)展[N];中國(guó)能源報(bào);2017年

2 ;成都聚合物鋰離子電池隔膜項(xiàng)目通過鑒定[N];今日信息報(bào);2004年

3 張宏;我國(guó)動(dòng)力電池聚合物電解質(zhì)材料研發(fā)取得新進(jìn)展[N];科技日?qǐng)?bào);2015年

4 紀(jì)普;歐美簽署聚合物電解質(zhì)燃料電池首份國(guó)際測(cè)試協(xié)議[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

5 卓越;加拿大化學(xué)家發(fā)現(xiàn)電池制造新材料[N];中國(guó)能源報(bào);2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 周棟;新型固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備及其在鋰電池中的應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2017年

2 王帥;雙離子電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化及儲(chǔ)能機(jī)制研究[D];北京科技大學(xué);2019年

3 陳龍;固態(tài)鋰電池復(fù)合型聚合物電解質(zhì)研究[D];北京科技大學(xué);2019年

4 鮑俊杰;全固態(tài)鋰電池用聚氨酯基固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備與性能研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

5 付曉彬;通過固體核磁共振研究環(huán)糊精—高分子/鋰鹽固體聚合物電解質(zhì)的離子導(dǎo)電機(jī)制[D];華東師范大學(xué);2018年

6 熊煥明;聚合物—納米粒子復(fù)合電解質(zhì)[D];吉林大學(xué);2004年

7 杜洪彥;二次鋰電池納米復(fù)合聚合物電解質(zhì)的制備、表征及其離子導(dǎo)電機(jī)理研究[D];廈門大學(xué);2004年

8 王占良;鋰離子電池用聚合物電解質(zhì)應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];天津大學(xué);2003年

9 王嚴(yán)杰;Li_（1.3）Al_（0.3）Ti_（1.7）（PO_4）_3作主相和填料相的PEO基聚合物電解質(zhì)的研究[D];浙江大學(xué);2005年

10 李雪莉;聚合物電解質(zhì)隔膜及鋰負(fù)極性能研究[D];復(fù)旦大學(xué);2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 吳海龍;PEO/HEMC復(fù)合聚合物電解質(zhì)的制備及性能研究[D];中國(guó)工程物理研究院;2019年

2 付偉佳;基于PVDF-HFP復(fù)合聚合物電解質(zhì)的性能研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

3 朱映華;鋰離子電池用PEO基復(fù)合聚合物電解質(zhì)的制備及研究[D];中南林業(yè)科技大學(xué);2019年

4 王鵬;含氟磺�；鶃啺蜂圎}陰離子結(jié)構(gòu)對(duì)固態(tài)聚合物電解質(zhì)性能的影響[D];華中科技大學(xué);2019年

5 李娟;超級(jí)離域磺酰亞胺鋰的固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備及性能表征[D];華中科技大學(xué);2019年

6 牛超群;高彈性聚2-苯氧基基乙基丙烯酸酯聚合物電解質(zhì)用于鋰金屬電池[D];海南大學(xué);2019年

7 紀(jì)盼瑩;鋰單離子導(dǎo)體聚合物電解質(zhì)的設(shè)計(jì)、合成及其電化學(xué)性能研究[D];廈門大學(xué);2017年

8 丁妍;預(yù)輻射接枝鋰單離子導(dǎo)體聚合物電解質(zhì)的制備與性能研究[D];廈門大學(xué);2018年

9 宋有信;聚醚型聚氨酯基固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備與性能[D];安徽大學(xué);2019年

10 趙亞萍;含氟類硼酸鋰的PVA/PEO微孔型聚合物電解質(zhì)的制備與性能研究[D];安徽大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2670017