一、离子聚合物包覆的锂离子电池炭负极材料(论文文献综述)
刘昊,王晓飞,周彬,王硕男,廖立兵[1](2021)在《矿物在电化学储能领域的应用研究进展》文中研究指明为了能够较为全面地了解矿物在电化学储能领域的研究进展与发展趋势,对该领域的相关研究进行了全面梳理和分类,重点介绍了矿物在二次电池或超级电容器的电极、电解质、隔膜等关键材料中的应用研究进展,并讨论了目前该领域发展存在的问题、挑战及发展趋势,为相关领域的研究人员提供参考。
张赛赛[2](2021)在《石榴石型固态电解质及负极界面性能研究》文中指出高能量密度、高安全性的固态锂金属电池是下一代锂电池体系最重要的发展方向之一。作为典型的氧化物固态电解质,Li7La3Zr2012(LLZO)具有锂离子电导率高、电化学窗口较宽、机械强度高和热稳定性好等优点,因此近年来LLZO受到业内研究学者的广泛关注。但是,LLZO固态电解质的致密化问题、电解质/电极界面电阻过大等问题,限制LLZO固态锂金属电池的发展和应用。本文以Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12(LLZTO)为研究对象,研究了阻碍材料烧结的限制因素,基于热力学计算,通过引入第二相,促进LLZTO材料致密化,并在晶界形成锂离子导体,促进电解质的离子电导率。针对Li负极界面问题,通过在熔融金属Li中引入可与Li化合的第二元素,提高了金属锂对LLZTO电解质的润湿性,降低了界面电阻。本文研究了电解质及金属锂电极中引入第二相和第二组分的作用机理,分析了第二相引入对材料或界面显微结构、电解质电导率或电极/电解质界面电阻、对称电池和全电池电化学性能的影响,实现石榴石型固态锂金属电池放电比容量、循环稳定性、倍率性能的综合提高。具体研究内容包括以下五个方面:(1)研究了碳酸锂含量对LLZTO固态电解质烧结形貌和致密度的影响。结果表明LLZTO粉体表面自发生成的碳酸锂难以分解,并且离子传导能力极低,是阻碍材料烧结的主要原因之一。基于热力学计算,选择Al2O3作为第二相引入,低温分解碳酸锂并且生成具有离子传导能力的LiAlO2,促进LLZTO电解质致密化,并提高电解质电导率。交流阻抗测试及分析表明氧化铝引入显着改善LLZTO材料晶界离子电导率。包覆3%Al2O3(nAl:nLi=3%)的LLZTO能够获得致密度92.07%,离子电导率4.16×1 0-4S cm-1。其对称Li电池能够在0.1 mA cm-1和室温条件下稳定循环800 h。(2)基于热力学计算,在LLZTO粉体中引入SiO2,在LLZTO烧结过程中低温分解LLZTO颗粒表面碳酸锂,在晶界形成Li4SiO4,促进材料致密烧结,并有效提高电解质电导率。引入1%SiO2(Si:Li原子比)烧结的LLZTO材料的致密度和离子电导率分别为94.71%和3.84×10-4 S cm-1。在Li对称电池中,相较于未优化的LLZTO,l%SiO2-LLZTO对称电池具有十分稳定的极化电压和更好的抑制锂枝晶能力。(3)选用廉价硫单质制备硫改性锂负极,通过硫单质与锂负极反应形成亲锂性硫化锂,改善锂负极对LLZTO电解质的浸润性,降低界而电阻。本工作研究了硫单质引入量对负极浸润性、界面结合状况和对称电池界面电阻的影响。实验结果表明10%S(S/(S+Li)质量比)引入量可将界面电阻降低至12.4Ω cm2,改性的金属锂负极在对称电池和全电池中均表现出优异的循环稳定性。与LLZTO相配的10%S-Li对称电池在室温条件下以0.2 mAcm-2电流密度可稳定循环970 h。10%S-Li|LLZTO|LiFePO4全电池在0.1C下循环100圈后,仍具有149.7 mAh g-1的放电比容量,库仑效率为100%。(4)采用简单融熔法在熔化金属锂中引入磷单质制备磷改性锂负极,这类负极材料展现出优异的循环稳定性和倍率性能,这是因为:1)磷单质锂化形成的磷化锂具有亲锂性,其改性的金属锂负极对LLZTO电解质具有良好的润湿性,可有效降低电极/电解质界面电阻;2)磷化锂具有较高的离子电导率,在界面区域能够增大电极反应面积,加快电极反应动力学。电化学测试结果表明,5%P引入可显着降低Li/LLZTO界面电阻至12.1 Ωcm2,并且其对称电池可在室温条件下以0.1 mA cm-2稳定循环430 h。5%P-Li|LLZTO|LiFePO4全电池在0.05C稳定循环85圈后,放电比容量维持在156 mAh g-1;在1C下仍具有125 mAh g-1可逆比容量,显示出较好的倍率性能。(5)通过在熔融金属锂中引入硅单质制备硅改性锂负极。硅单质锂化后生成Li22Si5第二相,可有效改善锂负极对LLZTO电解质的浸润性,改善负极与电解质的界面结合。第一性原理计算结果表明,硅改性锂负极和电解质存在微弱互反应,这有助于牢固负极/电解质界面的形成和界面电阻的降低。15%Si-Li负极/LLZTO电解质界面电阻可大幅降低至2.7Ωcm2,其对称电池在0.1、0.2 mA cm-2电流密度下能够连续循环 1200 h。15%Si-Li|LLZTO|LiFePO4全电池0.05C放电比容量约为169 mAh g-1,稳定循环100圈后库仑效率仍保持100%。
张卓雅[3](2021)在《医用锂离子电池碳锑负极材料的构建和性能研究》文中提出锂离子电池(LIBs)被广泛应用于各种便携式电子医疗设备和大型医疗器械等仪器,是一种清洁、高效、绿色的新一代储能器件。作为锂离子电池的重要组成部分,负极材料对整体电池的性能发挥至关重要。目前,商业化的医用锂离子电池石墨负极由于较低的理论比容量(372 m Ah g-1)和嵌锂电位(0.1 V),在能量密度、功率密度、循环寿命和安全性等方面已经不能满足日常医用电子产品以及大型医疗器械等产业的快速发展,因此,寻找低成本,高容量,高安全性和长循环寿命的负极材料已经刻不容缓。本文以应用于小型医用电子产品的扣式电池负极材料为研究重点。生物质材料具有天然微观结构并富含碳元素,由生物质衍生的碳材料及其复合材料等已经被广泛应用于各种储能器件,这些生物材料衍生结构成本低,环保性优异,缺点是容量较低。因此,通过调控生物质碳材料形貌、结构及及其与高容量活性材料组合,对推动生物质碳材料向着低成本和高电化学性能的发展有着重要的意义。在众多的金属材料中,锑(Sb)由于具有高比容量(660 m Ah g-1)被认为是一种很有应用潜力的负极材料,但存在Li+在充放电过程中的反复脱嵌所产生的体积膨胀问题,造成电极材料粉化及结构破坏,最终导致电池失效。针对上述问题,本文将锑与生物质碳进行复合,该锑-碳复合材料可结合生物质碳与锑的优势,并利用生物质碳解决锑负极不稳定问题。设计了中空多孔碳微米球(HPCMs)、树枝状Sb纳米晶以及Sb@C复合纳米管,利用中空结构、树枝结构间隙及纳米尺寸小的结构缓冲在充放电过程中引起的体积膨胀和循环应力作用,利用包碳技术以增加生物相容性和分子化学惰性进而提高负极材料在医用纽扣锂离子电池中的结构、循环稳定性以及安全性。(1)采用富含碳元素且成本较低、易于培养的酵母细胞作为生物碳模板,利用高温碳化得到具有中空多孔结构的碳微米球(HPCMs)。通过将电极材料设计成具有均匀力学特性的微米球状结构,可以有效缓冲负极材料在充放电过程中的体积膨胀,防止锂化时由体积变化引起的各向异性对电极造成的结构破坏,提高电极稳定性。锂离子半电池测试结果表明,HPCMs-600负极材料在2 A g-1的大电流密度下经过500圈循环后,可逆容量仍保持有220 m Ah g-1,且循环过程中可逆容量衰减很小(平均每次循环容量衰减0.9%),显示出良好的循环性能,这为具有环保和低成本碳材料的开发提供了有力的参考。(2)通过锌粉还原三氯化锑制备纳米枝晶Sb,相结构为菱形结构,整个树枝状结构尺寸为300-700 nm,单个树枝尺寸约为50-100 nm。枝状结构以及枝杈交叉均形成更多孔状空隙,可以缓解Sb纳米晶在脱嵌锂过程中的结构膨胀,从而提高电极的稳定性。将树枝状Sb纳米晶作为负极材料组装锂离子半电池。结果表明,在电流密度为0.1 A g-1、和0.5 A g-1循环100次后,可逆比容量分别为517.4 m Ah g-1和306.8 m Ah g-1。经过不同电流密度循环回到初始电流密度后,容量恢复率为93%,表明树枝状Sb纳米晶具有好的倍率性能,这归因于Sb纳米晶的树枝结构不仅有利于离子的快速传输,同时树枝间隙可为锑锂合金化体积变化提供缓冲空间。以LiNiCoMnO2为正极活性材料,组装了医用扣式锂离子全电池,可使小型医用体温计工作。(3)通过生物分子辅助溶剂热合成法,在不同温度和反应时间下以生物分子L-胱氨酸作为硫源与Sb Cl3在DMF溶剂中水热还原合成Sb2S3纳米棒,并探讨了温度和时间对纳米棒形貌、结构和电化学性能的影响。结果表明,在反应条件为170℃,12 h下合成的Sb2S3纳米棒在形貌最好,纳米棒长约为3-6μm,平均直径约为150 nm,结构为正交相,锂离子半电池数据表明,不同条件下制备的Sb2S3纳米棒作为容量和循环稳定性均较低。在此基础上,对纳米棒进行煅烧和利用聚多巴胺包碳,成功获得Sb@C纳米管,管体的尺寸范围为160-240 nm,外壁为20-40 nm的多孔碳层。并以Sb@C复合纳米管为负极材料组装锂离子半电池和全电池,结果表明,Sb@C作为负极的锂离子电池展现了优异的循环稳定性和高倍率性能,在100 m A g-1的电流密度下循环100圈之后依然保持675.9 m Ah g-1,当电流密度为500 m A g-1,循环100圈之后下仍有546.6 m Ah g-1的可逆容量,展现了优异的循环稳定性和高倍率性能,这归因于外层多空碳层对体积膨胀的缓冲作用。以Sb@C纳米管作为负极活性材料,LiNiCoMnO2为正极活性材料组装了医用扣式锂离子全电池,可使小型医用体温计工作。(4)对Sb@C//LiNiCoMnO2组装的医用扣式锂离子全电池进行生物相容性研究。得出实验组共培养48 h和72 h后,通过酶标仪测试吸光度,扫描电镜观察细胞形态以及荧光倒置显微镜观察数量,较24 h的细胞活力及数量都有显着增殖,表明电池具有良好的生物相容性。
李昊[4](2021)在《用于固态电池的聚合物离子导体和混合导体设计》文中认为电动汽车和储能市场的不断增长对锂离子电池提出了更高的要求。固态锂金属电池使用了较高机械强度的固态电解质和高比容量的金属锂负极(3860 mAh g-1),有望实现电池的安全性和能量密度的同时提升,被认为是下一代能量存储和转换体系而受到广泛关注。目前,固态锂金属电池中复杂的固固界面问题严重限制了其发展和实际应用。固态电解质自身较低的锂离子电导率和锂离子迁移数降低了电池的循环稳定性以及库仑效率,同时较差的电化学稳定性大幅影响了电池的能量密度和倍率性能;锂负极表面锂枝晶的形核和生长极大地影响了电极/电解质界面的稳定性并降低了电池的功率密度和安全性;固态电池复合正极中存在多相固-固界面,界面劣化形成钝化层以及物理接触变差阻碍了锂离子/电子的传输,进而改变了界面的电流分布增加了电池的内阻,导致电池容量的快速衰减。本论文以单草酸硼酸锂接枝聚乙烯醇缩甲醛聚合物(LiPVFM)为基础,通过大分子结构设计并调控分子间的相互作用,设计并制备了性能优异的聚合物离子导体固态电解质和离子/电子双导电聚合物,改善了固态电池的界面问题,大幅提高了固态电池的电化学性能。具体的研究内容如下:首先,设计和成功制备了 LiPVFM/LiODFB单离子导体固态聚合物电解质体系。LiPVFM链段中较强电负性的1,3-二氧己环促进了二氟草酸硼酸锂(LiODFB)的解离并与锂离子配位形成O-Li+;同时LiPVFM中的羟基可与ODFB-产生氢键作用并限制了阴离子的移动;而且,ODFB-存在于LiPVFM分子链段间,产生了静电作用。因此,LiPVFM/LiODFB电解质的载流子锂离子的浓度得到进一步地增加,锂离子迁移数提高到0.63,锂离子电导率达到3.82 × 10-4 Scm-1,电化学稳定窗口达到5 V左右,机械强度显着提升至60 MPa,并且对金属锂负极具有良好的界面稳定性。LiPVFM/LiODFB电解质在与磷酸铁锂(LiFePO4)正极组装的锂金属电池中表现出了优异的循环稳定性。在2.5-4.25 V和0.3 C下,经过150次循环仍有77.7%的容量保持率。同时,通过共价键合,配位作用和氢键相互作用将聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和LiODFB分子组装至LiPVFM聚合物链段上,确保聚合物体系具有高载流子浓度以及独立的阳离子和电子扩散通道,设计得到了电子/锂离子双导电聚合物(DCP),室温下同时具有2.76 × 10-4 S cm-1的锂离子电导率以及68.9 S cm-1的电子电导率。刚性和柔性链段的配合使DCP具有良好的柔韧性和高弹性模量(约6.8 GPa)。在固态电池复合正极浆料制备的过程中引入DCP,其可在活性物质颗粒表面形成稳定且均匀的包覆层,构建了短程/长程的锂离子/电子传输通道,减缓了界面副反应并保持了正极的完整性。DCP基磷酸铁锂复合正极具有11.7 mg cm-2的高负载和89 wt%的高活性物质占比,所组装的固态电池在0.3 C循环500次后的容量保持率高达71.2%,库仑效率高于99.7%。最后,为提高聚合物离子导体电解质的抗氧化稳定性,通过将聚甲基乙烯基醚/马来酸酐共聚物(PME)进行部分开环反应,利用生成的羧酸基团与LiPVFM链段中的羟基形成超分子作用以及马来酸酐基团与双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)的配位作用,制备了“Polymer in Salt”型固态复合聚合物电解质(PISE)。具有丰富C=O和-OCH3官能团的PME进一步促进LiTFSI的解离,从而在室温下实现3.57×10-4 S Cm-1的离子电导率和0.62的锂离子迁移数。同时,PISE具有超过5.0 V的宽电化学窗口,3.7 GPa的高模量以及优异的电极界面稳定性。基于PISE和双导电聚合物(DCP)基高电压LiCoO2的固态锂金属电池在0.5 C和3.0-4.45 V下,经过225次循环后的容量保持率为89.2%;并可在2.8-4.5 V和0.1C下获得了 196.3 mAh g-1的初始放电容量;在高达17.4 mg cm-2的正极负载下放电容量高达2.58 mAh cm-2。此外,PISE和DCP基LiNi0.7Mn0.2Co0.1O2组装的固态电池在0.5 C和2.8-4.3 V下循环80次后放电比容量也保持在160.7 mAh g-1。
刘彦[5](2021)在《两性离子基聚合物在锂金属电池中的应用研究》文中进行了进一步梳理随着人们对高能量密度设备的需求逐渐提高,传统锂离子电池越来越难以满足人们的需要。近年来,拥有极高比容量(3860 m A h g-1)及最低还原电势(-3.040V,vs.标准氢电极)的金属锂成为锂离子电池中最有前景的负极材料。然而,循环过程中锂金属负极不可抑制的枝晶生长是其实际应用的最大障碍之一。为了解决锂枝晶生长问题,科研工作者们做了大量的研究。其中,聚合物凝胶电解质形状可调,柔韧性高并且电解液被包裹在内,既解决了有机液态电解质安全隐患,又改善了固态电解质的界面问题,因此吸引了越来越多研究者的目光。在聚合物凝胶电解质中,两性离子聚合物可以稳定与电极的界面接触,改善锂离子传输,提高聚合物电解质的离子电导率和迁移数,具有优异的电化学性能。本论文以两性离子基聚合物为基础,做了以下两方面研究:(1)含聚两性离子的具有防溶胀高力学性能的聚合物凝胶电解质在锂金属电池中的应用研究;(2)包含聚两性离子基离子液体的凝胶电解质在锂金属电池中的应用研究。研究了其在抑制锂金属电池枝晶生长方面的应用可行性及相应的全电池性能表征。论文主要分以下四部分:1.第一章为绪论部分,首先介绍锂离子电池的发展历程,锂离子电池的组成,工作原理,枝晶生长原理以及常用的正负极材料等内容。其次,本章节还对固态电解质的研究进行了介绍,主要包括全固态电解质的研究以及聚合物固态电解质的研究。再次,第一部分集中介绍了凝胶电解质在锂金属电池中的应用研究。最后对两性离子以及离子液体的概念做了简要的说明,并且对两性离子和离子液体在凝胶电解质中的作用进行了相应介绍。2.第二章主要讲的是含有聚两性离子的凝胶电解质在锂金属电池中的应用研究。所设计的两性离子基聚合物具有以下特点:首先,由于两性离子间的偶极-偶极相互作用,聚合物凝胶电解质的力学强度得到了提高;其次,两性离子与锂盐的离子-偶极作用促进了锂盐的解离,进而使离子迁移数得到大幅度提高;最后,借助锂盐与两性离子的离子-偶极作用,亲水两性离子可以溶于电解液,提高了聚合可控性。最重要的是,本章设计的聚合物是将亲水的两性离子1-烯丙基-3-乙烯基咪唑三氟甲烷磺酰亚胺盐(VIPS)与亲脂的丙烯酸甲氧基乙酯(MEA)进行共聚,相应聚合物凝胶电解质由于亲水的两性离子在液态电解液中极强的防溶胀性能,大大提高了力学强度及结构稳定性。最终,所制备的p(VIPS/MEA)聚合物凝胶电解质在锂对称电池中具有优异的循环稳定性,而且在5 C大倍率下的Li Fe PO4(LFP)电池中表现出出色的电化学性能。3.第三章主要介绍包含聚离子液体(p[VIPS][Li TFSI])的凝胶电解质在锂金属电池中的应用研究。主要表征了力学与电化学性能。讨论了离子液体对体系的力学以及离子电导率的影响。离子液体与锂盐中阴离子的相互作用限制了阴离子在电场作用下的迁移并促进了锂离子迁移,抑制了空间电荷的形成,显着提高了离子电导率。所制备的聚离子液体凝胶电解质应用在LFP电池中,在10C的高电流密度下可以实现稳定的循环以及超高的放电比容量,体现出优异的电化学性能。4.第四章主要是对文章全部内容的总结,包括对制备的含两性离子的聚合物凝胶电解质和包含离子液体的聚合物凝胶电解质物化性能及电化学性能的总结及对两种聚合物凝胶电解质的应用前景的展望。
管翔[6](2020)在《锂单离子凝胶态聚合物电解质的合成以及其在锂金属电池中的应用》文中提出人类生活水平的提高使得对能源的需求也日渐升高。应用广泛的优点让锂离子电池的重要性不言而喻。但是,比容量低已越来越成为限制其发展的瓶颈。锂金属电池理论上可大幅提升比容量,但是锂枝晶生长可造成电池的不稳定与不安全性,因而,设计能抑制锂枝晶生长的电解质对优化锂金属电池具有重要的意义。本文为抑制锂金属电池的枝晶生长,通过原位交联法制备了锂单离子凝胶态聚合物电解质,并对不同交联度的聚合物电解质进行了物理性能和电化学性能分析,得出最优的交联比例,揭示了该凝胶电解质的作用机理。主要研究内容如下:1.合成了一系列带有强极性基团的锂单离子单体,包括对苯乙烯基三氟甲基磺酰亚胺锂(LiSTFSI)和乙烯基双苯磺酰亚胺锂(LiSSPSI),通过核磁共振氢谱以及红外光谱分别检测了这两种单体的结构。2.通过原位交联的方法,以AIBN作为引发剂,成功合成了侧链为STFSI-基团、含有不同比例的交联剂和单体的聚合物膜(Single Lithium Ion Membranes,SLIMs),并将SLIMs 浸泡在电解液(1.0 M LiTFSI,0.1 M LiNO3 in DME:DOL=1:1 vol%)中,待吸收饱和后,得到了锂单离子凝胶态聚合物电解质(Single Lithium Ion Gel Polymer Electrolytes,SLIGPEs)。通过场发射扫描电镜对膜的表面和截面形貌进行了分析,证明该电解质膜具有均一稳定的结构可与电极界面接触良好。通过红外光谱分析了不同交联度的SLIMs,通过热重分析得到了 SLIMs的热分解温度。根据SLIMs的热重分析结果和X射线衍射结果,对合成的聚合物膜中STFSI-基团的接枝含量进行了计算,得到的结果与投料质量分数基本一致。通过差示扫描量热分析,测试其玻璃化转变温度(Tg),证明其在温度测试范围内都保持无定形状态,SLIMs聚合物膜的X射线衍射图数据也验证了这一点,而无定形的SLIMs可促进锂离子在电解质中的传导。3.聚合物膜SLIMs的亲水性可影响液体电解质吸液量,从而影响凝胶态电解质的离子电导率。因此,对其进行了接触角测试。分析发现,SLIMs的接触角均小于90°,证明其亲水性较高。通过电解液吸液量的测试,直观的表征了 SLIMs的吸液能力,为制备凝胶态聚合物电解质所需的浸泡的时间提供了依据。通过拉伸测试以及动态热机械分析,分别对SLIMs优良的机械性能和SLIGPEs的结构热稳定性进行了验证。4.通过阻抗测试表征了SLIGPEs在20-90℃变温电导率,结果表明,电导率随温度的变化符合阿伦尼乌斯方程规律,说明电解质的结构在20-90℃温度范围内非常稳定。通过计时电流法测试了SLIGPEs的锂离子迁移数,发现SLIGPEs的锂离子迁移数均高于传统双离子液态电解质(0.3-0.4),证明了其侧链STFSI-基团对阴离子移动具有抑制作用。此外,分别通过线性扫描伏安法和老化阻抗测试,说明其具有较宽的电化学稳定窗口和长时间稳定性。5.通过室温下、不同电流密度下的锂对称半电池充放电循环测试,表征了其动态界面稳定性以及循环稳定性。结果发现,SLIGPE-2具有相对较小的极化电势和更高的长时间循环稳定性,说明其比SLIGPE-0具有更优良的循环可逆性和稳定性。上述规律并不会因电流密度的增加而改变。并且,当电流密度为0.1mA·cm-2时,SLIGPE-0因极化电势过高而短路,而SLIGPE-2仍能正常循环超过600 h,进一步说明了侧链STFSI-基团对电池大电流下循环性能的提升。通过全电池测试表征了 LiFePO4/SLIGPEs/Li的充放电容量和倍率性能,相比于SLIGPE-0,SLIGPE-2表现出了更高的循环稳定性、充放电比容量和倍率性能。通过场发射扫描电镜表征了 0.1 C循环150圈后LiFePO4/SLIGPEs/Li中的锂金属负极,发现SLIGPE-2电池中锂金属负极表面无明显的锂枝晶的生长,而SLIGPE-0的锂金属负极表面则有明显的锂枝晶,证明了锂单离子侧链基团对抑制锂枝晶生长的显着作用。结合DFT计算,验证了侧链STFSI-基团与电解质中自由阴阳离子的作用。
林志远[7](2020)在《固态锂电池用新型聚合物电解质研究》文中研究说明相对于液体电解质有机溶剂渗漏、易燃等缺陷,以及无机固态电解质制备工艺复杂、界面相容性和力学性能差等弊端,聚合物电解质具有无液体渗漏、力学性能及界面相容性良好、形状尺寸可调节和制备工艺简单等优点,更适用于高能量密度固态锂电池。然而,目前已报道的聚合物电解质综合性能难以满足高能量密度固态锂电池需求,依然存在诸多问题,如离子电导率和离子迁移数较低、电化学窗口窄等,这些问题尚待深入研究解决。本论文工作重点是开发具有高离子电导率、宽电化学窗口、对电极材料具有良好界面相容性的新型聚合物电解质,为聚合物电解质在固态锂电池的实际应用提供理论基础和实验支持。(1)设计制备了由柔性聚乙二醇(PEG)和刚性六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDI)功能基元构成的嵌段聚合物电解质(BC-SPE)。HDI由六甲撑和极性基团异氰酸酯基组成,分子链属性为刚性链段,具有良好机械强度和热稳定性。PEG主链由聚环氧乙烷非极性基团组成,分子链属性为柔性链段,醚键能与Li+发生络合-解络合,是Li+传输的主要运动路径。通过改变PEG和HDI功能基元比例R(R=9())9())),可调控BC-SPE聚合物电解质的综合性能。随着R值的增加,BC-SPE的拉伸强度、邵氏硬度、电化学窗口和界面阻抗都会降低,离子电导率会增加。当R为1.87时,离子电导率为5.7?10-4 S cm-1(55℃)、电化学窗口>4.65 V,与磷酸铁锂组装成固态锂电池,在1 C倍率下可稳定循环100圈,放电比容量保持率为86%,库伦效率接近99%。根据固态电池实际需求可通过改变R值来调控BC-SPE聚合物电解质性能。(2)设计制备了具有聚环氧丙烷和硅氧烷特性的硅烷封端聚环氧丙烷聚合物电解质(MS-SPE)。硅烷封端聚环氧丙烷预聚体(MS)主链含有大量醚键,可以为锂离子的传输提供运动路径;封端基团为甲氧基硅烷,可以降低聚合物结晶性,提高无定型区域外,还可以发生脱水缩合反应,形成三维网状结构,提高聚合物电解质的力学性能和热稳定性。MS-SPE的室温离子电导率为3.6?10-4 S cm-1、离子迁移数为0.65、电化学稳定窗口>5 V,相比于聚环氧乙烷显着提高。MS-SPE与磷酸铁锂组装成固态锂电池,室温3 C倍率下循环650圈后容量没有衰减,库伦效率接近99.7%。MS-SPE制备工艺简单、机械性能好、易批量生产并有助于消除电池内部的短路隐患,提高锂电池的安全性。(3)设计制备了聚碳酸乙烯亚乙酯宽温聚合物电解质(PVEC-SPE)。PVEC-SPE结构中极性基团[-O-(C=O)-O-]可以促进锂盐电离,羰基(C=O)可以与Li+发生络合-解络合作用,构筑Li+传输路径。通过设计小分子低聚物和大分子高聚物复合结构,实现了微量小分子低聚物提高PVEC-SPE与电极材料界面相容性,而大分子高聚物提高PVEC-SPE的热稳定性和力学性能目的。优化后PVEC-SPE在室温和零下15℃的离子电导率分别为2.1?10-3 S cm-1和2.28?10-4 S cm-1。通过VEC原位聚合与磷酸铁锂正极材料形成低阻抗界面,组装成的固态锂电池可在室温和低温下工作,室温下1 C倍率循环100圈后容量为在140 m A h g-1,容量保持率为99%。原位聚合制备PVEC-SPE固态锂电池,制备方法简单易行,无污染,得到的电解质膜结构均匀,适用于不同尺寸和形状的能量器件。
陈雨欣[8](2020)在《硫/氮原位共掺杂碳包覆Na3V2(PO4)3钠离子电池正极材料的研究》文中研究说明锂离子电池由于能量密度和循环寿命等优势,已成功占领便携式电子设备市场,并被认为是电动汽车动力电源的最佳选择之一。但锂离子电池的广泛使用引起了对地壳中有限锂资源短缺的担忧。因此,资源丰富且价格低廉的钠离子电池再次引起研究者的兴趣。其中,钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3的理论比容量为117 m Ah g·-1、工作电压为3.4 V,具有三维钠离子通道,热稳定性好,可以用于商用钠离子电池。但其电子电导率低,导致材料倍率性能差。为此,本课题以聚阴离子磷酸盐正极材料作研究对象,并引入两性离子聚合物DMAPS-HPEGAA作为原位掺杂的材料,探究了不同工艺条件对硫/氮掺杂碳包覆改性Na3V2(PO4)3材料形貌和电化学性能的影响规律,以提高钠离子电池的倍率性能和长期寿命为目标,设计、优化电极材料的结构等。首先,通过简易的溶胶-凝胶法合成硫/氮共掺杂的碳包覆层修饰、改性钠离子电池中的NVP正极,其中,利用两性离子聚合物DMAPS-TPEG-AA作为碳源和螯合剂,同时利用DMAPS聚合物中的N+和SO3-基团作为氮源和硫源。异原子掺杂与均匀的碳包覆层中晶格缺陷的诱导效应可有效缓解粒子团聚,大大促进Na+离子的扩散和电子传递性能,进而提高NVP电极的电化学活性。通过改变两性离子聚合物的含量,探究不同硫、氮及碳含量对Na3V2(PO4)3结构和性能的影响。研究表明,750℃烧结12 h,样品NVP-25%的电化学性能优于其他三维多孔状改性磷酸钒钠样品,也明显优于碳掺杂的磷酸钒样品NVP@C,证明了异原子硫、氮的加入提高材料活性位点,更有利于钠离子的嵌入-脱出。其中,NVP-25%样品在30 C下仍有30 m Ah g·-1左右的比容量,0.1 C下循环100圈,容量保持率达81%,放电容量为103 m Ah g·-1,且其首次库伦效率高达95%。然后,在前述溶胶-凝胶法的基础上,通过改变两性离子聚合物和Na3V2(PO4)前驱体的配比,制备了均匀分布的三维球状硫/氮共掺杂碳包覆Na3V2(PO4)3材料,同时以HPEG-AA体系为原料制备NVP@C作参比,并研究了前驱体浓度对材料形貌和电化学性能的影响。溶胶-凝胶及加热过程中溶剂的快速蒸发使得Na3V2(PO4)3球状材料表面呈纳米片状,能够容纳充放电过程中电极材料的体积变化,缩短Na+的扩散路径,同时增加电解液与电极材料的接触面积,从而提高材料的电化学性能。研究表明,样品NVP@NSC-60%在0.1 C下的放电容量为108 m Ah g·-1,循环100次容量保持率达到85%,倍率性能也明显比多孔状材料优异。同时研究了前驱体中硫、氮及碳元素的含量对材料电化学性能的影响,发现前驱体中硫、氮含量的增加有助于材料性能的提高。最后,基于对硫/氮掺杂碳包覆Na3V2(PO4)3结构和形貌的研究,探索不同烧结温度对Na3V2(PO4)3材料结构和电化学性能的影响。选取多孔状样品NVP@SNC-25%和球状样品NVP@SNC-60%,分别对其烧结至600、800和900℃,其他工艺条件保持一致,结果表明800℃烧结的样品结晶性更好,多孔和球状形貌更均匀,因此也表现出更优异的电化学性能,其中NVP@NSC-60%-800℃样品在0.1 C下的放电容量为约110 m Ah g·-1,循环100圈后容量保持率高达90%。综上所述,本论文利用两性离子聚合物成功设计、合成了电化学性能优异的聚阴离子型复合材料,并对材料的储钠机理进行深入分析,说明了磷酸盐材料是高能量密度和长循环寿命钠离子电池正极材料的候选者之一。且为两性离子中硫、氮和碳引入钠离子电池的实用化提供了一种可行的方案。通过进一步优化钠离子电池电极材料,对钠离子电池的发展具有深远意义。
朱境[9](2020)在《基于废铜/酸性Cu-PCB蚀刻废液回收的CuCl负极的电化学储锂性能研究》文中研究说明随着科技快速进步,经济的飞速发展,电子设备日益普及到人们的日常生活当中。作为许多电气和电子设备的重要组成部件,铜印刷电路板(Cu-PCB)的需求量非常高。然而Cu-PCB的批量生产常常伴随着大量的酸性废蚀刻液的产生。这些废液不经任何处理的丢弃会破坏自然环境和资源浪费。本论文通过不同的回收方法从废铜和酸性Cu-PCB蚀刻废液回收得到四面体状CuCl。主要研究内容如下:(1)通过一步归中反应同时回收含铜蚀刻废液与金属铜边角料得到CuCl四面体晶粒并考察其电化学储锂性能。结果表明四面体CuCl晶粒具有四个光滑的三角形表面及六个等边的棱;即使在10 C循环2000圈CuCl负极的可逆放电比容量仍能稳定在101.8 m Ah·g-1,高于同样条件下石墨负极的放电比容量,表现了良好的大倍率和长循环稳定性。(2)首次通过电化学沉积从Cu-PCB蚀刻废液中同时回收铜离子和氯离子而无需任何额外的过程或模板剂,并进一步研究了电沉积时间对CuCl负极表面和锂存储的影响。结果表明回收得到的CuCl晶体呈现规则的四面体形貌,并且铜箔上CuCl的沉积量随着电化学电沉积时间的增加而增加。相应地,CuCl负极可逆放电比容量先升后降,如在2 C循环250圈时,电沉积时间5 s,15 s,20 s和25 s对应的CuCl负极可逆放电比容量为187.3 m Ah·g-1,284.5 m Ah·g-1,191.9m Ah·g-1和125.3 m Ah·g-1,表明15 s是最理想的电沉积时间。过少的CuCl负极储锂能力低,过多的CuCl颗粒会由于CuCl本身导电性差而导致电化学性能下降。
李坤艳[10](2020)在《乙烯—乙烯醇共聚物及其衍生物在金属锂电池中的应用研究》文中认为先进的储能技术在现代社会中起着越来越重要的作用。不幸的是,锂二次电池的安全问题影响了电子产品和电动汽车的进一步发展。固态聚合物电解质由于不需有机溶剂作电解液,有效避免了有机溶剂带来的危害(燃烧、爆炸等)。并且聚合物电解质具有良好的柔韧性和优异的电化学稳定性等优点使其易于工业化大规模应用。本论文的第一部分内容即通过将乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)与丙烯腈的加成反应得到了聚乙烯乙烯醇-β-丙腈醚(EVOH-β-OCH2CH2CN,简记为EBC),并对EBC基聚合物电解质的性能进行了研究。锂金属阳极是下一代高容量储能系统关键材料的理想选择。然而,可充电金属锂电池由于界面稳定性差、枝晶生长不受控制和体积无限膨胀尚未得到规模应用。在这些问题中,不稳定的界面被认为是最关键的问题之一,因此,构建人工保护层以解决金属锂负极问题是一种非常有前景的方法。(1)按照EBC、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)比例为5:1来配制聚合物前驱体溶液,通过溶液浇铸法在聚四氟乙烯(PTFE)板上原位成膜,然后研究了EBC作为聚合物基体的基本性质和性能。当EBC与LiTFSI比例为5:1在60℃条件下离子电导率可达3.75×10-4 S/cm,锂离子迁移数达到0.39,电化学窗口大于4.7 V;在全电池LiFePO4中首周充电比容量可达到154 mAh/g,在400周内库伦效率可维持在99%,表明EBC可作为一种聚合物电解质基体应用于锂电池中。(2)采用简单的溶液浇铸法构建了一种可变形且牢固的聚合物电解质薄膜(EBC-LiTFSI)作为锂金属的人工保护层,该薄膜不仅具有良好柔韧性以适应体积的变化,同时聚合物与锂盐之间的相互作用还能为锂离子提供快速扩散通道。改性后的锂金属阳极在醚类电解液中以1 mA/cm2电流密度能稳定循环1000多周。在高电流密度下3 mA/cm2的条件下也能保持600周的稳定循环。此外,经EBC-LiTFSI包覆的锂阳极的Li4Ti5O12|Li@(EBC-LiTFSI)电池在2 C的倍率下,可稳定循环700多周,容量保持率为94.6%,库伦效率维持在99.5%左右。循环性能的增强主要归因于锂离子沉积在聚合物薄膜下,这不仅有利于锂离子的均匀分布,还能进一步抑制了锂枝晶的生长。(3)采用旋涂的方法在铜箔上涂覆EBC-LiTFSI薄膜,通过控制旋涂时间控制涂层厚度,其中旋涂90 s的铜电极表现出最优异的性能。在电流密度为1.0mA/cm2,容量负载为3 mAh/cm2时,EBC-LiTFSI包覆的电极在120次以上的循环中,平均库伦效率能保持在98.6%,表明改性后的铜电极呈现出更稳定界面性能和更高的库伦效率。(4)为了进一步提升新型双相锂铜合金在电解液中的稳定性,用简单的涂覆法在锂铜合金表面涂覆了一层EBC-LiTFSI薄膜,并对改性前后的CuLi60合金负极进行了研究。结果表明,EBC-LiTFSI包覆的CuLi60合金负极在电流密度为1.0mA/cm2,容量负载为1 mAh/cm2时可稳定循环800 h。从静置和循环阻抗也可以看出,经表面改性后确实提高了CuLi60合金负极的界面稳定性、延长了其循环寿命。可见聚合物电解质膜修饰双相富锂合金负极有助于进一步提高电化学性能,也表明聚合物电解质膜表面修饰是一种有效且简单的改性方法。
二、离子聚合物包覆的锂离子电池炭负极材料(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、离子聚合物包覆的锂离子电池炭负极材料(论文提纲范文)
(1)矿物在电化学储能领域的应用研究进展(论文提纲范文)
1 矿物材料简介 |
2 电化学储能器件概述 |
3 矿物在二次电池中的应用 |
3.1 负极材料 |
3.1.1 天然石墨 |
3.1.2 硫化物矿物 |
3.1.3 矿物衍生物 |
3.2 正极材料 |
3.2.1 黄铁矿 |
3.2.2 黄铜矿 |
3.2.3 其他矿物 |
3.3 固态电解质及隔膜 |
3.3.1 固态电解质 |
3.3.2 隔膜涂层材料 |
3.4 其他功能性填料 |
3.4.1 锂硫电池中硫电极载体 |
3.4.2 电解液添加剂 |
4 矿物在超级电容器中的应用 |
4.1 电极活性材料 |
4.2 模板材料 |
4.3 电极载体材料 |
5 总结与展望 |
(2)石榴石型固态电解质及负极界面性能研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述 |
2.1 锂离子电池简介 |
2.1.1 锂离子电池的发展 |
2.1.2 锂离子电池的工作原理 |
2.1.3 全固态电池的提出和发展 |
2.2锂离子固态电解质概述 |
2.2.1 锂离子传导机理 |
2.2.2 锂离子固态电解质的发展历程 |
2.2.3 锂离子固态电解质主要类别和研究现状 |
2.3 Li_7La_3Zr_2O_(12)固态电解质研究进展 |
2.3.1 Li_7La_3Zr_2O_(12)材料结构与导电机制 |
2.3.2 Li_7La_3Zr_2O_(12)电导率性能优化 |
2.3.3 Li_7La_3Zr_2O_(12)电化学窗口 |
2.3.4 Li_7La_3Zr_2O_(12)电解质-正极界面改性 |
2.3.5 Li_7La_3Zr_2O_(12)电解质-负极界面改性 |
2.4 本论文的选题依据及研究内容 |
3 实验方法及原理 |
3.1 实验药品和仪器 |
3.2 材料表征分析 |
3.2.1 材料致密度测试 |
3.2.2 X射线衍射分析(XRD) |
3.2.3 Rietveld精修 |
3.2.4 扫描电子显微镜(SEM) |
3.2.5 高分辨透射显微镜(HR-TEM) |
3.2.6 拉曼光谱分析(Raman) |
3.3 电化学性能测试 |
3.3.1 电极制备与电池组装 |
3.3.2 交流阻抗测试(EIS) |
3.3.3 恒电流充放电测试 |
3.3.4 循环伏安测试(CV) |
3.4 第一性原理计算 |
4 Li_(6.4)La_3Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)固态电解质烧结及性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 固态电解质制备 |
4.2.2 PVDF-HFP多孔聚合物膜制备 |
4.2.3 电池制备 |
4.3 碳酸锂对LLZTO电解质烧结的影响 |
4.4 热力学计算与性能优化策略 |
4.5 氧化铝包覆LLZTO固态电解质烧结及性能研究 |
4.5.1 氧化铝对LLZTO物相和烧结的影响 |
4.5.2 氧化铝对LLZTO电化学性能的影响 |
4.5.3 氧化铝作用机理研究 |
4.6 氧化硅引入LLZTO固态电解质烧结及性能研究 |
4.6.1 热力学计算与性能优化策略 |
4.6.2 氧化硅对材料物相和烧结的影响 |
4.6.3 氧化硅对材料离子电导率的影响 |
4.6.4 氧化硅引入对电解质中碳酸锂的影响 |
4.6.5 电化学性能表征 |
4.7 小结 |
5 硫/磷改性锂负极的制备与性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 改性锂负极与电池的制备 |
5.2.1 改性锂负极的制备 |
5.2.2 对称电池和全电池的制备 |
5.3 硫改性锂负极结构和电化学特性 |
5.4 硫改性锂负极对电解质-负极界面的影响 |
5.5 硫改性锂负极电化学性能 |
5.6 硫改性锂负极第一性原理计算 |
5.7 磷改性锂负极 |
5.8 磷改性锂负极对电解质-负极界面的影响 |
5.9 磷改性锂负极的电化学性能 |
5.10 磷改性锂负极第一性原理计算 |
5.11 小结 |
6 硅改性锂负极的制备和性能研究 |
6.1 引言 |
6.2 样品制备 |
6.3 硅改性锂负极 |
6.4 硅改性锂负极对电解质-负极界面的影响 |
6.5 硅改性锂负极第一性原理计算 |
6.6 硅改性锂负极界面化学研究 |
6.7 小结 |
7 结论 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(3)医用锂离子电池碳锑负极材料的构建和性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 医用锂离子电池概述 |
1.2.1 医用锂离子电池分类 |
1.2.2 医用锂离子电池优势 |
1.2.3 医用锂离子电池构成和原理 |
1.2.4 医用锂离子电池负极材料 |
1.3 医用锂离子电池的研究进展 |
1.4 锑基负极材料在医用锂离子电池中的应用 |
1.4.1 碳/锑负极材料 |
1.4.2 锑基氧化物负极材料 |
1.4.3 锑基硫化物负极材料 |
1.4.4 锑基合金负极材料 |
1.5 医用锂离子电池电极材料的失效表现和失效机理研究 |
1.5.1 医用锂离子电池失效表现 |
1.5.2 医用锂电池失效机理研究 |
1.6 选题意义和研究内容 |
第2章 医用锂离子电池负极材料中空多孔碳微球的制备和电化学性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 试剂与仪器 |
2.2.2 HPCMs负极材料的制备 |
2.2.3 扣式电池组装 |
2.3 材料的形貌与结构表征分析 |
2.4 结果与讨论 |
2.4.1 形貌与结构分析 |
2.4.2 循环和倍率性能分析 |
2.4.3 电化学阻抗谱分析 |
2.4.4 电化学储锂行为分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 医用锂离子电池负极材料树枝状锑纳米晶的制备和电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 主要试剂和设备 |
3.2.2 树枝状锑纳米晶的制备 |
3.2.3 扣式电池组装 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 形貌与结构分析 |
3.3.2 锂离子半电池电化学性能分析 |
3.3.3 全电池电化学性能测试及应用 |
3.4 本章小结 |
第4章 医用锂离子电池负极材料中空Sb@C纳米管的制备和电化学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分制备 |
4.2.1 主要试剂与仪器 |
4.2.2 Sb@C纳米管复合材料制备 |
4.2.3 扣式电池组装 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 反应温度对Sb_2S_3纳米棒形貌及结构的影响 |
4.3.2 反应温度对Sb_2S_3纳米棒电化学性能的影响 |
4.3.3 反应时间对Sb_2S_3纳米棒形貌及结构的影响 |
4.4 Sb@C形貌、结构及电化学性能表征 |
4.4.1 形貌及结构分析 |
4.4.2 锂离子半电池电化学性能分析 |
4.4.3 锂离子半电池储锂行为分析 |
4.5 细胞实验方法 |
4.5.1 细胞培养 |
4.5.2 细胞毒性实验 |
4.5.3 细胞SEM分析 |
4.5.4 细胞吸光度分析 |
4.5.5 细胞增殖分析 |
4.6 全电池电化学性能测试及应用 |
4.7 本章小结 |
第5章 全文总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望与不足 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
(4)用于固态电池的聚合物离子导体和混合导体设计(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述 |
2.1 锂离子电池研究进展 |
2.2 聚合物离子导体和混合导体 |
2.2.1 聚合物电解质 |
2.2.2 离子-电子混合导体聚合物 |
2.3 固态锂电池中的界面 |
2.3.1 固态电池复合正极的界面 |
2.3.2 固态锂电池复合正极的结构设计 |
2.3.3 固态锂电池金属锂负极的界面 |
2.4 研究内容及创新点 |
2.4.1 选题依据及研究内容 |
2.4.2 创新点 |
3 实验用品及表征方法 |
3.1 实验材料 |
3.2 实验仪器 |
3.3 材料表征方法 |
3.3.1 理化性能表征 |
3.3.2 电化学分析方法 |
4 LiPVFM基单离子导体聚合物电解质及其离子传导机理 |
4.1 引言 |
4.2 制备方法 |
4.3 LiPVFM与LiODFB的相互作用 |
4.4 LiPVFM/LiODFB离子导体作为电解质的性能分析 |
4.5 本章小结 |
5 锂离子-电子双导电聚合物设计及固态电池柔性正极的构建 |
5.1 引言 |
5.2 制备方法 |
5.3 DCP的结构表征及分析 |
5.4 DCP的理化性能表征及分析 |
5.5 DCP基固态锂金属电池的性能表征 |
5.6 DCP基复合正极的界面兼容性 |
5.7 本章小结 |
6 新型“Polymer in Salt”型高电压固态聚合物电解质的设计 |
6.1 引言 |
6.2 PISE的制备方法 |
6.3 PISE的结构表征 |
6.4 PISE的理化性能 |
6.5 PISE与电极的界面稳定性 |
6.6 PISE基电池的电化学性能 |
6.7 本章小结 |
7 结论 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(5)两性离子基聚合物在锂金属电池中的应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 锂离子电池 |
1.1.1 锂离子电池的简介 |
1.1.2 锂离子电池组成,电解质组成及机理研究 |
1.1.3 锂离子电池正极材料的研究 |
1.1.4 锂离子电池负极材料的研究 |
1.2 有机液态电解质的改性 |
1.2.1 锂盐添加剂的研究 |
1.2.2 有机溶剂添加剂的研究 |
1.3 固态电解质的研究 |
1.3.1 全固态电解质的研究 |
1.3.2 聚合物固态电解质的研究 |
1.4 凝胶电解质的研究 |
1.4.1 PVDF-HFP/PMMA/PEO凝胶电解质的研究 |
1.4.2 离子液体聚合物电解质的研究 |
1.4.3 两性离子聚合物凝胶电解质的研究 |
1.5 本文研究目的与创新点 |
1.5.1 研究目的 |
1.5.2 创新点 |
第二章 两性离子基聚合物在锂金属电池中的应用研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 材料和仪器 |
2.2.2 制备方法 |
2.2.3 表征方法 |
2.3 结果和讨论 |
2.4 本章小结 |
第三章 聚离子液体基凝胶电解质在锂金属电池中的研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 试剂和仪器 |
3.2.2 制备方法 |
3.2.3 表征方法 |
3.3 结果和讨论 |
3.4 本章小结 |
第四章 总结与展望 |
5.1 研究总结 |
5.2 课题展望 |
参考文献 |
攻读硕士研究生期间所取得的成果 |
致谢 |
(6)锂单离子凝胶态聚合物电解质的合成以及其在锂金属电池中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池概述 |
1.2.1 锂离子电池的发展 |
1.2.2 锂离子电池的构造及特点 |
1.2.3 锂离子电池正极材料 |
1.2.4 锂离子电池负极材料 |
1.3 锂金属电池概述 |
1.3.1 锂金属电池的发展 |
1.3.2 锂金属电池优化方法 |
1.4 聚合物电解质研究进展 |
1.4.1 聚合物电解质的发展与分类 |
1.4.2 凝胶态聚合物电解质 |
1.4.3 锂单离子聚合物电解质及其结构设计 |
1.5 研究内容和意义 |
第2章 实验材料与测试方法 |
2.1 实验试剂 |
2.2 实验主要仪器 |
2.3 正极材料的制备以及电池组装 |
2.3.1 正极材料的制备 |
2.3.2 电池组装 |
2.4 锂单离子凝胶态聚合物电解质(SLIGPEs)的表征 |
2.4.1 锂单离子聚合物膜(SLIMs)的物理性质表征 |
2.4.2 锂单离子凝胶态聚合物电解质(SLIGPEs)的电化学性能表征以及DFT计算 |
第3章 两种锂单离子单体的合成和表征 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 苯乙烯基三氟甲基磺酰亚胺锂(LiSTFSI)的合成 |
3.2.2 乙烯基双苯磺酰亚胺锂(LiSSPSI)的合成 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 苯乙烯基三氟甲基磺酰亚胺锂(LiSTFSI)的结构表征 |
3.3.2 乙烯基双苯磺酰亚胺锂(LiSSPSI)的结构表征 |
3.4 本章小结 |
第4章 原位交联法制备锂单离子聚合物电解质膜(SLIMs)及其物理性质表征 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 表面形貌及SEM分析 |
4.3.2 FITR及XRD分析 |
4.3.3 TGA及DSC分析 |
4.3.4 接触角及吸液量测试 |
4.3.5 机械性能测试 |
4.4 本章小结 |
第5章 锂单离子凝胶态聚合物电解质(SLIGPEs)的电化学性能分析和DFT理论计算 |
5.1 引言 |
5.2 结果与讨论 |
5.2.1 离子电导率分析 |
5.2.2 锂离子迁移数分析 |
5.2.3 老化阻抗测试 |
5.2.4 LSV分析以及界面稳定性分析 |
5.2.5 磷酸铁锂全电池循环稳定性以倍率测试分析 |
5.2.6 DFT理论计算 |
5.2.7 锂单离子凝胶态聚合物电解质在高温下的电化学性能 |
5.3 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 在读期间发表论文情况 |
(7)固态锂电池用新型聚合物电解质研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池简介 |
1.2.1 锂离子电池发展简史 |
1.2.2 锂离子电池构造 |
1.2.3 固态锂电池介绍 |
1.3 固态电解质 |
1.3.1 无机电解质 |
1.3.2 有机电解质 |
1.3.3 有机-无机复合电解质 |
1.4 聚合物电解质 |
1.4.1 环氧乙烷基聚合物电解质 |
1.4.2 硅氧烷基聚合物电解质 |
1.4.3 碳酸酯基聚合物电解质 |
1.4.4 氟基聚合物电解质 |
1.4.5 其它体系聚合物电解质 |
1.5 本课题选题依据及研究内容 |
第2章 实验方法 |
2.1 实验材料及仪器设备 |
2.1.1 实验试剂 |
2.1.2 仪器设备 |
2.2 电解质本征物性表征 |
2.2.1 红外表征 |
2.2.2 热重表征 |
2.2.3 机械强度表征 |
2.2.4 核磁共振表征 |
2.2.5 X射线衍射表征 |
2.2.6 聚合物分子量表征 |
2.2.7 扫描电子显微镜表征 |
2.3 电解质电化学性能表征 |
2.3.1 界面相容性 |
2.3.2 离子电导率测试 |
2.3.3 离子迁移数测试 |
2.3.4 电化学稳定窗口测试 |
2.4 固态锂电池性能表征 |
2.4.1 极片制备及电池组装 |
2.4.2 交流阻抗谱测试 |
2.4.3 循环伏安曲线测试 |
2.4.4 充放电性能测试 |
2.5 液体锂电池性能表征 |
2.5.1 极片制备及电池组装 |
2.5.2 循环伏安曲线测试 |
2.5.3 充放电性能测试 |
第3章 异氰酸酯基和羟基嵌段聚合物电解质 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.3 异氰酸酯基和羟基嵌段聚合反应机理 |
3.4 不同异氰酸酯基和羟基嵌段功能单元比例研究 |
3.4.1 不同软硬段微观结构调控 |
3.4.2 晶体结构与力学性能分析 |
3.4.3 离子电导率与电化学窗口 |
3.4.4 双锂界面稳定性性能分析 |
3.5 综合性能优良嵌段聚合物电解质本征特性研究 |
3.5.1 微观形貌与热稳定性的表征分析 |
3.5.2 离子迁移数与双锂界面表征分析 |
3.5.3 锂盐含量对离子电导率影响研究 |
3.5.4 温度因素对离子电导率影响研究 |
3.6 固态锂电池电化学性能 |
3.6.1 磷酸铁锂正极固态纽扣电池性能 |
3.6.2 高镍正极材料固态纽扣电池性能 |
3.7 本章小结 |
第4章 硅烷封端聚环氧丙烷聚合物电解质 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 硅烷封端聚环氧丙烷聚合物电解质制备 |
4.2.2 聚环氧乙烷聚合物电解质制备 |
4.3 硅氧烷封端聚环氧丙烷反应机理研究 |
4.4 硅烷封端聚环氧丙烷聚合物电解质特性研究 |
4.4.1 微观形貌与晶体结构表征分析 |
4.4.2 热稳定性与电化学窗口表征分析 |
4.4.3 离子迁移数与双锂界面稳定性表征分析 |
4.4.4 锂盐浓度对离子电导率的影响研究 |
4.4.5 温度对离子电导率的影响研究 |
4.5 固态锂电池电化学性能 |
4.5.1 基于磷酸铁锂正极的固态锂电池性能 |
4.5.2 基于高镍正极材料的固态锂电池性能 |
4.5.3 固态锂金属软包电池性能 |
4.6 本章小结 |
第5章 聚碳酸乙烯亚乙酯聚合物电解质 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 非原位方法制备聚碳酸乙烯亚乙酯聚合物电解质 |
5.2.2 原位方法制备聚碳酸乙烯亚乙酯聚合物电解质 |
5.3 聚碳酸乙烯亚乙酯碳碳双键加成聚合机理研究 |
5.4 聚碳酸乙烯亚乙酯电解质链段结构构筑研究 |
5.4.1 引发剂含量对离子电导率的影响 |
5.4.2 引发剂含量对链段结构的影响 |
5.4.3 引发剂含量对界面性能的影响 |
5.5 聚碳酸乙烯亚乙酯聚合物电解质本征性能研究 |
5.5.1 微观形貌与晶体结构表征分析 |
5.5.2 热稳定性与电化学窗口表征分析 |
5.5.3 离子迁移数与电极界面表征分析 |
5.5.4 锂离子迁移运动机理分析研究 |
5.5.5 温度因素对离子电导率的影响研究 |
5.6 固态锂电池电化学性能 |
5.6.1 基于磷酸铁锂正极材料的固态锂电池性能 |
5.6.2 基于高镍正极材料的固态锂电池性能 |
5.6.3 基于磷酸铁锂正极的固态锂金属软包电池性能 |
5.7 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
(8)硫/氮原位共掺杂碳包覆Na3V2(PO4)3钠离子电池正极材料的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 钠离子电池概述 |
1.2.1 钠离子电池简介 |
1.2.2 钠离子电池的发展 |
1.2.3 钠离子电池的工作原理 |
1.3 钠离子电池正极材料 |
1.3.1 层状金属氧化物 |
1.3.2 聚阴离子型化合物 |
1.3.3 其他种类正极材料 |
1.4 正极材料Na_3V_2(PO_4)_3的研究进展 |
1.4.1 Na_3V_2(PO_4)_3的晶体结构 |
1.4.2 Na_3V_2(PO_4)_3的制备方法 |
1.4.3 Na_3V_2(PO_4)_3的改性 |
1.5 本课题的研究意义及内容 |
1.6 本课题的主要创新点 |
第2章 实验部分 |
2.1 实验所需原料及仪器 |
2.2 两性离子聚合物DMAPS-HPEG-AA及 HPEG-AA的制备 |
2.3 材料的物理表征方法 |
2.3.1 X射线衍射分析(XRD) |
2.3.2 傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR) |
2.3.3 拉曼光谱分析(Raman) |
2.3.4 热失重分析(TGA) |
2.3.5 X射线光电子能谱分析(XPS) |
2.3.6 场发射扫描电子显微镜分析(SEM) |
2.3.7 透射电子显微镜分析(TEM) |
2.3.8 比表面孔径分析(BET) |
2.4 材料的电化学表征方法 |
2.4.1 电极片的制备 |
2.4.2 电池的组装 |
2.4.3 恒流充/放电测试 |
2.4.4 循环伏安测试(CV) |
2.4.5 交流阻抗测试(EIS) |
第3章 三维多孔状硫/氮共掺杂碳包覆Na_3V_2(PO_4)_3钠离子电池正极材料的改性研究 |
3.1 引言 |
3.2 硫/氮共掺杂碳包覆Na_3V_2(PO_4)_3复合材料的制备 |
3.3 硫/氮共掺杂碳包覆Na_3V_2(PO_4)_3材料的结构及形貌分析 |
3.3.1 XRD测试结果分析 |
3.3.2 拉曼光谱测试结果分析 |
3.3.3 红外光谱测试结果分析 |
3.3.4 热重测试结果分析 |
3.3.5 XPS测试结果分析 |
3.3.6 SEM测试结果分析 |
3.3.7 TEM测试结果分析 |
3.3.8 BET测试结果分析 |
3.4 硫/氮共掺杂碳包覆Na_3V_2(PO_4)_3材料的电化学性能测试 |
3.4.1 首次充放电能测试结果分析 |
3.4.2 循环性能测试结果分析 |
3.4.3 CV测试结果分析 |
3.4.4 EIS测试结果分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 三维球状硫/氮共掺杂碳包覆Na_3V_2(PO_4)_3钠离子电池正极材料的改性研究 |
4.1 引言 |
4.2 硫/氮共掺杂碳包覆Na_3V_2(PO_4)_3材料的制备 |
4.3 硫/氮共掺杂碳包覆Na_3V_2(PO_4)_3材料的结构及形貌分析 |
4.3.1 XRD测试结果分析 |
4.3.2 拉曼光谱测试结果分析 |
4.3.3 红外光谱测试结果分析 |
4.3.4 热重测试结果分析 |
4.3.5 XPS测试结果分析 |
4.3.6 SEM测试结果分析 |
4.3.7 TEM测试结果分析 |
4.3.8 BET测试结果分析 |
4.4 硫/氮共掺杂碳包覆Na_3V_2(PO_4)_3材料的电化学性能测试 |
4.4.1 首次充放电能测试结果分析 |
4.4.2 循环性能测试结果分析 |
4.4.3 CV测试结果分析 |
4.4.4 EIS测试结果分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 不同烧结温度的硫/氮共掺杂碳包覆Na_3V_2(PO_4)_3钠离子电池正极材料的改性研究 |
5.1 引言 |
5.2 硫/氮共掺杂碳包覆Na_3V_2(PO_4)_3材料的制备 |
5.3 硫/氮共掺杂碳包覆Na_3V_2(PO_4)_3材料的结构及形貌分析 |
5.3.1 XRD测试结果分析 |
5.3.2 拉曼光谱测试结果分析 |
5.3.3 红外光谱测试结果分析 |
5.3.4 热重测试结果分析 |
5.3.5 XPS测试结果分析 |
5.3.6 SEM测试结果分析 |
5.3.7 TEM测试结果分析 |
5.3.8 BET测试结果分析 |
5.4 硫/氮共掺杂碳包覆Na_3V_2(PO_4)_3材料的电化学性能测试 |
5.4.1 循环性能测试结果分析 |
5.4.2 倍率性能测试结果分析 |
5.4.3 CV测试结果分析 |
5.4.4 EIS测试结果分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
导师评语 |
答辩委员会决议书 |
致谢 |
攻读硕士期间获得的研究成果 |
(9)基于废铜/酸性Cu-PCB蚀刻废液回收的CuCl负极的电化学储锂性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 锂离子电池及其工作原理 |
1.2 锂离子电池负极材料 |
1.2.1 脱/嵌型负极材料 |
1.2.2 合金-去合金型 |
1.2.3 转换(氧化还原)型负极 |
1.3 论文研究目的及内容 |
第二章 实验材料与表征分析 |
2.1 实验材料与实验仪器 |
2.1.1 实验材料 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 样品的制备 |
2.2.1 一步归中法 |
2.2.2 电化学沉积 |
2.3 材料的物理表征 |
2.3.1 金相显微镜 |
2.3.2 扫描电子显微镜 |
2.3.3 能量色散 X 射线光谱仪 |
2.3.4 透射电子显微镜 |
2.3.5 X 射线衍射仪 |
2.4 CuCl晶体材料的电化学储锂性能表征 |
2.4.1 电极制备及电池组装 |
2.4.2 恒倍率充/放电测试 |
2.4.3 循环伏安/交流阻抗测试 |
第三章 基于废铜和Cu-PCB蚀刻废液回收CuCl微米颗粒负极的研究 |
3.1 引言 |
3.2 以CuCl的形式对废铜和Cu-PCB蚀刻废液的同步回收 |
3.3 CuCl微米颗粒的表征分析 |
3.3.1 CuCl微米颗粒的微观形貌与元素表征 |
3.3.2 CuCl微米颗粒的XRD表征 |
3.3.3 CuCl微米颗粒的TEM表征 |
3.4 四面体CuCl微米颗粒负极的储锂性能 |
3.4.1 充/放电曲线 |
3.4.2 循环稳定性 |
3.4.4 循环伏安分析 |
3.4.5 交流阻抗分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于Cu-PCB蚀刻废液中的Cu2+和Cl-回收CuCl微米颗粒负极的研究 |
4.1 引言 |
4.2 CuCl微米颗粒的电化学沉积回收 |
4.3 CuCl/Cu的表征分析 |
4.3.1 CuCl/Cu 负极的回收曲线和交流阻抗图谱的微观形貌 |
4.3.2 CuCl/Cu的金相显微表征 |
4.3.3 CuCl/Cu的 SEM表征 |
4.3.4 CuCl/Cu的 XRD表征 |
4.4 电沉积回收CuCl/Cu负极的电化学储锂性能 |
4.4.1 充/放电曲线 |
4.4.2 循环稳定性 |
4.4.3 循环伏安分析 |
4.4.4 电沉积CuCl/Cu负极的非原位XRD表征 |
4.5 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
5.3 创新点 |
致谢 |
参考文献 |
附录 :攻读硕士学位期间科研成果 |
(10)乙烯—乙烯醇共聚物及其衍生物在金属锂电池中的应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池概述 |
1.3 锂金属电池的概述 |
1.4 锂离子电池聚合物电解质 |
1.4.1 聚合物电解质的概述 |
1.4.2 聚合物电解质的分类及导电机理 |
1.4.3 腈基类聚合物电解质的进展 |
1.5 金属锂负极 |
1.5.1 金属锂负极概述 |
1.5.2 金属锂负极的改性方法 |
1.6 本论文选题依据及主要工作 |
1.7 本论文的结构安排 |
第二章 乙烯-乙烯醇共聚物、衍生物的合成与电解质性能的研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验原料及实验仪器 |
2.2.1 主要试剂 |
2.2.2 主要设备 |
2.3 实验方法 |
2.3.1 乙烯-乙烯醇共聚物衍生物的合成 |
2.3.2 复合聚合物电解质的制备 |
2.3.3 电极片的制备 |
2.3.4 电池的组装 |
2.4 表征方法 |
2.4.1 傅里叶变换红外(FTIR)测试 |
2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)测试 |
2.4.3 热重分析测试(TGA)测试 |
2.4.4 机械性能表征 |
2.4.5 离子电导率测试 |
2.4.6 电化学稳定窗口测试 |
2.4.7 锂离子迁移数测试 |
2.4.8 电池充放电性能测试 |
2.5 实验结果与讨论 |
2.5.1 聚合物电解质的合成与表征 |
2.5.2 聚合物电解质膜的形貌表征 |
2.5.3 聚合物电解质膜的机械性能和热稳定性 |
2.5.4 聚合物电解质膜的离子电导率分析 |
2.5.5 聚合物电解质膜的电化学窗口分析 |
2.5.6 聚合物电解质膜的锂离子迁移数分析 |
2.5.7 聚合物电解质膜的电池性能分析 |
2.6 小结 |
第三章 乙烯-乙烯醇共聚物衍生物薄膜包覆金属锂、铜的研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验原料与仪器 |
3.2.1 主要试剂 |
3.2.2 主要设备 |
3.3 实验样品的制备 |
3.3.1 EBC-LiTFSI薄膜包覆金属锂 |
3.3.2 EBC-LiTFSI薄膜包覆金属铜 |
3.3.3 电极片的制备 |
3.3.4 电池的装配 |
3.4 表征方法 |
3.4.1 扫描电子显微镜和X射线能谱仪表征 |
3.4.2 力学性能表征 |
3.4.3 电化学交流阻抗测试 |
3.4.4 充放电性能测试 |
3.5 实验结果与讨论 |
3.5.1 EBC-LiTFSI薄膜包覆金属锂 |
3.5.2 EBC-LiTFSI薄膜包覆金属铜 |
3.6 小结 |
第四章 双相锂合金负极的表面包覆改性研究初探 |
4.1 引言 |
4.2 实验样品的制备 |
4.2.1 CuLi60 的制备 |
4.2.2 EBC-LiTFSI薄膜包覆CuLi60 |
4.3 实验结果与讨论 |
4.3.1 形貌表征 |
4.3.2 界面稳定性测试 |
4.3.3 电化学循环稳定性测试 |
4.3.4 电化学循环交流阻抗测试 |
4.4 小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的成果 |
四、离子聚合物包覆的锂离子电池炭负极材料(论文参考文献)
- [1]矿物在电化学储能领域的应用研究进展[J]. 刘昊,王晓飞,周彬,王硕男,廖立兵. 硅酸盐学报, 2021(10)
- [2]石榴石型固态电解质及负极界面性能研究[D]. 张赛赛. 北京科技大学, 2021
- [3]医用锂离子电池碳锑负极材料的构建和性能研究[D]. 张卓雅. 太原理工大学, 2021
- [4]用于固态电池的聚合物离子导体和混合导体设计[D]. 李昊. 北京科技大学, 2021(08)
- [5]两性离子基聚合物在锂金属电池中的应用研究[D]. 刘彦. 东华大学, 2021(01)
- [6]锂单离子凝胶态聚合物电解质的合成以及其在锂金属电池中的应用[D]. 管翔. 华东理工大学, 2020(01)
- [7]固态锂电池用新型聚合物电解质研究[D]. 林志远. 北京工业大学, 2020(06)
- [8]硫/氮原位共掺杂碳包覆Na3V2(PO4)3钠离子电池正极材料的研究[D]. 陈雨欣. 深圳大学, 2020(10)
- [9]基于废铜/酸性Cu-PCB蚀刻废液回收的CuCl负极的电化学储锂性能研究[D]. 朱境. 昆明理工大学, 2020
- [10]乙烯—乙烯醇共聚物及其衍生物在金属锂电池中的应用研究[D]. 李坤艳. 电子科技大学, 2020(07)
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