一、多孔状聚合物固体电解质膜的制备与性能(论文文献综述)
钱婕[1](2021)在《新型凝胶聚合物电解质的制备及其在锂硫电池中的应用》文中指出锂硫电池因其理论能量密度高、价格低廉且环境友好,成为下一代先进储能体系的首选。然而液态电解液中多硫化物的“穿梭”效应严重影响电池循环性能。固态电解质从根本上避免了多硫化物的溶解和电解液的泄漏等问题,但其室温离子电导率低且界面相容性差。凝胶电解质结合了两者的优点,但仍存在机械强度不够、离子电导率较差、循环寿命较短等缺点。针对这些问题,本文基于结构优化和功能掺杂的设计思想,通过对高吸液率的聚乙烯醇进行接枝改性及负载新型无机填料的研究,利用静电纺丝法制备了综合性能优异的聚乙烯醇基凝胶电解质。首先通过自由基共聚反应成功将促进Li+传输的腈基咪唑离子液体(ILCN)和短链聚氧化乙烯(PEO)分子接枝至聚乙烯醇(PVA)主链上,将其与乙二醛交联剂共混,加热交联制备出PVA-PIN聚合物,并静电纺丝出三维网状的基膜,随后将其在商用电解液中溶胀制成PVA-PIN凝胶聚合物电解质。当PVA为2 g,PEO为4mL,ILCN的含量为10%(wt%PVA)时,三种材料各自发挥关键作用且具有良好的协同性,得到的凝胶电解质吸液率为358%,室温离子电导率高达8.31 × 10-4 Scm-1,具有优良的离子导电性能。组装的锂硫电池由于PVA-PIN凝胶电解质对多硫化物具有物理阻隔和化学吸附双重作用,在0.2 C电流密度下首次放电比容量达856mAhg-1,循环100圈后容量保持率为75.9%,电化学性能优异。为了进一步改善聚乙烯醇基凝胶聚合物电解质的机械性能和循环性能,采用静电纺丝法将吡咯烷类离子液体键合二氧化硅(SiO2-PYTFSI)填料负载至PVA-PIN聚合物表面制备PVA-PIN@SiO2-PYTFSI复合凝胶电解质。PVA-PIN@SiO2-PYTFSI复合基膜具有粗糙凸起的纳米纤维结构,能够有效优化电解质的机械强度和离子传输特性,进一步提升电解质的离子电导率(9.72×10-4 Scm-1)。应用于锂硫电池时,SiO2-PYTFSI中的吡咯氮原子,会对多硫化物产生化学吸附作用,抑制“穿梭”效应,在0.2C倍率下首圈放电比容量为1043 mAh g-1,循环100圈后,电池的容量保持率为84.0%,电化学性能显着提升。
刘通[2](2021)在《丁二腈基凝胶聚合物电解质的制备及其性能研究》文中研究说明固态电解质由于高能量密度和高安全性而成为了锂电池研究的热门,其中聚合物电解质具有良好的机械性能和柔性特征,通常与固体电极有更好的界面相容性,能有效降低界面电阻,因此吸引了越来越多的关注。但目前绝大多数聚合物电解质通常存在室温下电化学性能较差,电化学窗口较窄等缺陷。丁二腈具有良好的离子导电性,较好的热稳定性和高的氧化稳定性等特性受到了研究人员的广泛关注,将丁二腈加入到聚合物中有望解决上述问题。基于此,本论文展开基于丁二腈的凝胶聚合物电解质的研究,具体研究内容如下:本论文首先通过紫外光固化引发原位聚合的方法,研究了丁二腈的加入对所制备聚合物电解质离子电导率和循环性能的影响,并在此基础上,构筑了具有双层结构的电解质材料提升了丁二腈基聚合物凝胶电解质对锂的界面稳定性。此外,考虑到聚合物基体不同,对电池电化学性能的影响不同,比较了不同聚合物电解质加入丁二腈电解液后的离子电导率等一系列电化学性能,最终筛选出最佳聚合物基体来制备性能优异的锂电池。1、首先通过光固化原位聚合的方法制备了基于丁二腈的PEGDA-Li TFSI-SN凝胶电解质,再将作为电解质骨架的玻璃纤维完全浸入到该电解质前驱体中,以负压方式渗透2小时确保玻璃纤维被完全浸透;最后紫外线固化5分钟,从而制得凝胶电解质,该电解质离子电导率室温下达到了6.56×10-4S cm-1。进一步的,为了提高电解质的对锂稳定性,利用浆料混合搅拌与涂覆干燥的方法,在锂金属表面涂覆了厚度为10μm左右的PEO电解质膜,构筑了双层电解质。该双层凝胶聚合物电解质在室温下的离子电导率达到了4.27×10-4 S cm-1,电化学窗口宽度为5.1 V(相对于Li+/Li),组装金属锂对称电池循环250小时以上无短路现象,组装Li Fe PO4//Li电池在0.2 C下放电容量达168 m Ah g-1。2、为了进一步研究聚合物基体对凝胶聚合物电解质电化学性能的影响,选取了具有代表性的壳聚糖-海藻酸钠、PVDF-HFP和细菌丝隔膜作为代表,与配置好的丁二腈电解液(SN-Li TFSI-Li DFOB)复合,进行电化学性能的比较。其中,海藻酸钠与壳聚糖两种聚合物在自发形成聚离子复合物过程中发生共混,提高了聚合物的热稳定性和结构强度。该凝胶电解质不仅可以保持电解液的电化学性质,还可以作为隔膜防止电池内部短路,同时满足柔性电池的要求。最终浸润了SN-Li TFSI电解液的壳聚糖-海藻酸钠凝胶聚合物电解质的离子电导率达1.7×10-3 S cm-1。PVDF-HFP聚合物具有3D多孔网络且柔韧性非常好,浸入SN-Li TFSI-Li DFOB-10 V%FEC电解液和SN-Li TFSI-Li DFOB-1 wt%Li NO3电解液中后,PVDF-HFP凝胶电解质表现出对锂金属较好的稳定性,且离子电导率可达3.21×10-4 S cm-1。细菌丝独特而复杂的3D多孔网络结构有利于凝胶化过程,也保证了电解质的吸收能力并提供了丰富的离子通道。浸入SN-Li TFSI-Li DFOB-1wt%Li NO3电解液的细菌丝凝胶离子电导率达3.18×10-3 S cm-1,基于这种BC-GPE的锂金属电池也表现出卓越的电化学性能。后续还采用了FEC钝化处理后的锂片作为电池负极以提高电解质的对锂稳定性,所组装的电池表现出了较为出色的循环性能和倍率性能。
赵依纯[3](2021)在《纳米陶瓷/聚碳酸乙烯酯复合薄膜及其导电性的研究》文中研究表明目前阻碍锂电池进一步发展的主要障碍在于液态电解液具有高度易燃且易泄露、有毒等缺点,这导致锂电池内部热不稳定性加剧,极易引发热失控和爆炸等安全问题,固态电解质材料因其高安全的特性成为未来锂离子电池高要求的必然选择。全固态陶瓷电解质中,钙钛矿型陶瓷Li0.33La0.557Ti O3(LLTO)因具有较高的离子导电性而备受关注,但存在界面阻抗过大与界面有效接触较弱的问题。聚碳酸乙烯酯(PEC)由于其具有良好柔韧性以及对锂盐超高溶解性也受到人们的青睐。PEC基固态聚合物电解质的导电性随锂盐浓度增加而增加,却会伴随其机械性能的牺牲,这严重影响了其作为电解质材料的安全性及实用性能。如何提高PEC基固态聚合物电解质的离子电导率而不影响其机械性能成为研究PEC基固态聚合物电解质的关键。本论文工作旨在研究和开发高性能复合固态电解质。通过优化电解质中各组分含量配比和无机填料微观结构,从而设计构建优势互补的复合固态电解质,减小无机固态电解质较大的界面阻抗和提升聚合物电解质室温下较低的离子电导等问题,进而促进复合电解质的实际应用。本文通过将LLTO陶瓷与有机电解质PEC结合构建成性能优异的复合电解质材料,进行了相关内容的探究,具体研究内容如下:(1)通过静电纺丝技术制备LLTO陶瓷纳米线填料,探索了纺丝过程中的纺丝液浓度、热处理工艺等条件对LLTO纳米线微观形貌的影响。并将之与PEC-25wt.%Li TFSI复合得到复合型固态电解质,主要从离子电导率和电化学稳定窗口两个参数指标进行复合固态电解质中陶瓷填料组分最佳含量配比的探究。结果表明,组分PEC-25wt.%Li TFSI-5 wt.%LLTO的电解质膜具有最优的室温锂离子电导率6.21×10-5S·cm-1,与不添加LLTO陶瓷的纯PEC-25wt.%Li TFSI聚合物电解质相比,其室温锂离子电导率提高了50.44%。说明伴随LLTO陶瓷线的复合,由于LLTO本身优良的锂离子传导能力,填料又增强了聚合物的链段运动,纳米线形貌提供了较长的锂离子传输路径,提高了锂离子电导率,导致电解质膜的锂离子电导率上升。(2)利用锂离子电导率高的LLTO陶瓷线与聚合物电解质复合,获得了室温锂离子电导性能优异的陶瓷复合聚合物电解质。随着LLTO陶瓷线直径的增大,电解质膜的锂离子电导率逐渐下降。组分PEC-25wt.%Li TFSI-5 wt.%LLTO(d=250 nm)的电解质膜具有最优的室温锂离子电导率7.91×10-5 S·cm-1,而同样条件下制备的PEC-25wt.%Li TFSI-5 wt.%LLTO(d=750 nm)聚合物电解质膜室温锂离子电导率仅为5.80×10-5 S·cm-1。(3)采用同轴纺丝技术成功制备了中空LLTO陶瓷纳米管,以PEC-50wt.%Li TFSI为电解质基质材料,将两者结合采用溶液浇铸法制备复合聚合物电解质。纳米管由于其特殊的中空形貌能提供更多的连续锂离子快速传输通道,可以有效增强复合聚合物电解质的离子导电性。交流阻抗检测结果显示中空纳米线陶瓷复合固态电解质在室温下锂离子电导率达1.73×10-4 S·cm-1,氧化分解电位可达5.5 V(vs.Li+/Li),锂离子迁移数高达0.77,远远高于普遍聚合物电解质中的锂离子迁移数(0.2-0.4)。进一步的力学性能测试结果显示,复合材料拉伸强度从1.10MPa提升至1.83MPa,说明中空线填充的电解质能在提高离子电导率的前提下还能改善复合电解质的机械性能。
朱丽洁[4](2021)在《PEO基复合聚合物电解质的制备及离子传导性能研究》文中提出目前,锂离子电池中使用的液体电解质存在重大的安全隐患,如电解液泄漏引起的易燃爆炸,阻碍了其大规模应用。为了弥补液体电解质固有的缺点,最有效的方法是用固态电解质替代液体电解质。目前,复合电解质膜通常使用PEO和PSS等高分子和单锂离子盐(例如Li TFSI和Li Cl O4等)结合形成离子导电膜,但这些膜材料通常离子电导率较低,难以满足实际应用需求。因此,设计和构建高离子电导率新型离子导电材料是目前全球研究的热点和难点。多金属氧酸盐亦称多酸,是一类具有纳米尺寸、可调节结构的纳米团簇,通常由抗衡阳离子和杂多阴离子组成。由于其具有丰富、可调变的抗衡阳离子,在离子传导方面有潜在应用前景。本论文中,我们合成了一系列基于多金属氧酸盐的复合聚合物电解质并研究了其锂离子传导特性,具体工作如下:(1)在PEO与PVDF共混的聚合物中添加MOF基材料NENU-3(Li)来制备PEO/PVDF/NENU-3(Li)电解质膜。NENU-3(Li)具有丰富规整有序的多孔结构,便于离子传输,进而提高离子电导率。当NENU-3(Li)的添加量为20%时,离子电导率最佳,60℃条件下为1.83×10-4S cm-1,Li+迁移数为0.4。(2)选择PEO和PVDF共混为聚合物基体,添加小分子化合物丁二腈(SN)和多酸Li6P2Mo18O62(LPM),制备出PEO/PVDF/SN/LPM电解质膜。SN的分子尺寸与Li+结合位点的距离相匹配,能在电解质中构建均匀连续的离子通道,从而提高离子电导率。SN的添加量为5%时,离子电导率最高,60℃条件下为1.17×10-4S cm-1,Li+迁移数为0.46。为了验证该方法的可行性,我们将LPM换成Li6P2W18O62(LPW),制备出PEO/PVDF/SN/LPW电解质膜,得到的测试结果与PEO/PVDF/SN/LPM电解质膜相近。(3)利用PEG基离子液体(IL)与多酸Li6P2Mo18O62(LPM)复合,制备出不同摩尔比的LPM-IL复合材料。将最优摩尔比的LPM-IL材料掺杂在PEO与PVDF共混的聚合物基体中,最终制出PEO/PVDF/LPM-IL电解质膜。当LPM-IL的含量为5%时,离子传导效果最佳。30℃、60℃时离子电导率分别为1.17×10-4S cm-1和4.26×10-4S cm-1,Li+迁移数为0.54。为了证明该方法的可行性,我们将LPM换成Li6P2W18O62(LPW),按照同样的比例制备出PEO/PVDF/LPW-IL电解质膜,测试结果与PEO/PVDF/LPM-IL电解质膜相近。
周俊杰[5](2021)在《瞬态锌离子电池的构筑与性能研究》文中进行了进一步梳理瞬态电子技术是近年来新兴的前沿技术,通过该技术制备的器件可在生理条件下和液态环境下具备人为可控的降解能力,因此被称为“瞬态电子器件”。该技术可以使电子材料、组件和电路通过水解或自解以系统编程的方式在各种类型的环境中溶解或分解。瞬态电子器件不仅可以作为常规电子器件的替代者,还可以应用到某些特殊领域,如医疗诊断、信息存储及国防建设等。但是,关于瞬态器件的研究仍处于起步阶段,有许多挑战需要克服,特别是瞬态储能器件的开发相对较慢。本论文以锌离子电池储能机理为基础,结合瞬态电子技术,选择生物相容性好、可降解的材料体系,研究了瞬态锌离子电池(TZIB)的电化学及可控降解性质,并初步探索了TZIB在瞬态能源领域的应用前景。本论文的研究工作主要分为以下两个部分:(1)基于纤维素气凝胶-明胶电解质的可植入瞬态锌离子电池的构筑与性能研究。在这里,我们介绍了一种可植入、可生物降解的TZIB,其具有精心设计的纤维素气凝胶-明胶(CAG)准固态电解质和具有高热塑性的塑化丝素蛋白封装膜。新型完全可降解的CAG电解质使TZIB能够实现受控的降解和稳定的电化学性能,同时保持良好的机械性能。塑化丝素蛋白封装膜被用作水的非免疫扩散屏障,可在复杂的生物环境中显着延长电池寿命。无论是在蛋白酶K缓冲液还是在大鼠体内,在30天内均可降解。更重要的是,TZIB具有良好的电化学性能,同时满足了可控的降解要求,在61.6 m A g-1的电流和宽电压范围(0.85-1.9 V)下可提供211.5 m A h g-1的比容量。这些结果证明了TZIB在未来医学临床应用中的潜力,并为瞬态电子技术提供了新的平台。(2)基于塑化明胶-丝素蛋白电解质的湿敏、形状可控的瞬态锌离子电池的构筑与性能研究。在这里,我们报告了一种可成型、可生物降解的纤维型TZIB,该装置由对湿度敏感的塑化明胶-丝素蛋白电解质膜和双纱线电极结构组成。该瞬态储能装置显示出高比容量(311.7 m A h g-1)和长循环性能(100次循环后具有94.6%容量保持率)。更重要的是,纤维型TZIB装置具有出色的形状可塑性(80次弯曲后可保持82.5%的高容量)。基于这种特性,该储能装置可通过改变自身形状应用到不同场景,为不同可穿戴电子设备供电。纤维型TZIB电池系统的成功设计和制造为未来瞬态能源器件的开发提供了新的研究思路,并为国防、可穿戴等领域的瞬态电子产品带来了新的机遇。
由翔[6](2021)在《纤维素在碱性聚电解质中的应用探索研究》文中研究表明碱性聚电解质(ASPE)是电化学应用中关键组成元素之一,可以用其替代传统的碱性电解液使用,碱性聚电解质不仅拥有环境友好,腐蚀性低,不易泄露等优点,而且由于碱性聚电解质本身具有耐弯折,反复弯折无损伤的优点,使其在柔性电池的领域具有一定的研究潜力。本文基于碱性聚合物固体电解质膜的传导原理,在传统聚电解质(PVA,PAA)中引入天然高分子纤维素,由于纤维素具有高结晶结构,赋予其优良的耐碱性和机械强度;纤维素链携带大量的羟基,具有优良的吸水性和保水性,可提高膜的OH-和H2O含量,从而提高膜的离子电导率和机械强度。本文分别通过季铵盐改性微晶纤维素(QMCC)与PVA溶液共混后浇筑成膜制备得到了PVA/QMCC/KOH聚电解质膜;为了进一步提高膜的离子电导率和机械性能,通过结构设计,将再生脱脂棉(RDC)通过超临界CO2制备得到了RDC网络,将其分别在AA、引发剂以及AA、引发剂和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)存在下,进行原位聚合,制备得到了皮芯结构的RDC/PAA/KOH和RDC/N-PAA/KOH碱性聚电解质膜。通过对上述碱性聚电解质的结构表征以及电化学性能、机械性能等一系列性能测试,ASPE均表现出良好的耐碱性,良好的电化学性能以及稳定性和合适的机械性能,并将其应用于柔性Zn-Air电池中。本论文的主要内容为:(1)首先,使用环氧氯丙烷以及十二叔胺作为原料制备季铵盐(QAS),将季铵盐与MCC反应生成季铵化纤维素(QMCC)。将季铵化微晶纤维素、PVA、KOH均匀混合,经浇筑成膜的方法获得PVA/QMCC/KOH复合膜。EDX以及SEM扫描结果表明,季铵盐成功与MCC发生反应获得季铵化纤维素;热重分析表明,QMCC的引入使基体保水能力增强;电导率曲线表明,QMCC加入后,碱性聚合物电解质膜的离子电导率由90 m S cm-1提高到238 m S cm-1;力学性能测试表明,QMCC的引入使基体具有较好的力学稳定性,其拉伸强度由215KPa提高到了395KPa。(2)使用LiOH/Urea低温溶解体系将RDC溶解,经浇筑成膜浸泡无水乙醇凝固浴中获得,将再生脱脂棉经超临界干燥获得网络结构的再生脱脂棉膜(RDC)。将RDC置于丙烯酸中,以过硫酸钾(K2S2O8)作为引发剂引发丙烯酸单体,获得皮芯结构的RDC/PAA复合膜;再将RDC/PAA复合膜浸泡KOH溶液得到RDC/PAA/KOH聚电解质膜。SEM扫描结果显示,RDC表面成功包裹一层聚丙烯酸;热重分析显示,PAA的引入使基体的保水能力明显增强;电化学性能测试显示,将RDC/PAA复合膜浸泡在10M KOH中3h时,RDC/PAA/KOH离子电导率可达308 m S cm-1;应力-应变测试展示了较好的力学稳定性,其拉伸强度由15KPa提高到了26KPa。(3)首先,利用LiOH/Urea体系将脱脂棉溶解,经浇筑成膜置于无水乙醇凝固浴中获得再生脱脂棉,经超临界干燥获得网络结构的再生脱脂棉膜(RDC)。将RDC浸泡丙烯酸中,以K2S2O8为引发剂,MBA为交联剂,获得具有共连续结构的RDC/N-PAA复合膜;再通过将RDC/N-PAA复合膜浸泡不同浓度KOH溶液,获得经交联聚丙烯酸包裹的RDC/N-PAA/KOH复合膜。SEM扫描结果显示,经交联聚丙烯酸包裹后,成功形成了一种共连续结构的RDC/N-PAA/KOH复合膜;热重分析显示,经交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺处理后PAA的引入使基体的保水性明显增强;电化学性能测试显示,将RDC/N-PAA复合膜浸泡在10M KOH中3h时,RDC/N-PAA/KOH离子电导率可达430 m S cm-1;应力-应变测试展示出交联剂的存在,极大地提高了复合膜的力学稳定性,其拉伸强度由15KPa提高到了380KPa。
李博昱[7](2021)在《固态聚合物复合电解质的制备及其在锂金属电池中的应用研究》文中进行了进一步梳理锂金属负极具有超高的能量密度(3860mAh g-1)和极低的还原电位(相对于标准氢电极为-3.04V),被认为是锂离子电池最有前途的负极材料之一。然而,传统锂电池使用有机液态电解液作为工作介质,而金属锂具有非常高的活性会与电解液发生副反应。此外,液态锂金属电池还存在着诸多亟待解决的问题,如锂枝晶的生长以及有机电解液溶剂易燃等缺陷导致的安全问题。相较于传统的液体电解质,固态电解质与金属锂的反应活性大大降低,且固态电解质对于锂枝晶的生长具有抑制作用。由有机相与无机相组合形成的聚合物复合固态电解质(CPEs),兼具聚合物轻质、柔性,以及无机材料高强度、高稳定性等优势,是最具有应用潜力的固态电解质材料,在锂金属电池(LMBs)中具有较好的应用前景。因此,利用CPEs代替液态电解质,实现电池的全固态化是抑制LMBs中锂枝晶生长的有效策略之一,有望解决LMBs的安全性问题。对于全固态LMBs,研发具有高锂离子电导率、低界面阻抗、出色的柔韧性和高机械强度的CPEs成为迫切需要。此外,CPEs中界面的设计与优化也是影响电池性能的一个关键因素。为此,本论文以制备性能优异的CPEs为目的,并对电解质/电极界面进行优化,探究了其在固态LMBs中的应用潜力。本论文主要研究工作如下:(1)利用溶液刮涂法制备了 Li0.35La0.55TiO3(LLTO)纳米纤维填充聚偏氟乙烯(PVDF)固态复合电解质(PVDF-CPEs)。结果表明:15 wt.%的LLTO纳米纤维与PVDF协同作用,使柔性电解质膜具有显着的性能,如高离子电导率(5.3×10-4 S cm-1),宽电化学窗口(5.1 V),高机械强度(应力9.5 MPa,应变341%)和良好的热稳定性(热降解温度为410℃)。此外,基于LLTO/PVDF-CPE电解质组装的三明治式LiFePO4/PVDF-CPE(15 wt.%LLTO)/Li全固态LMBs具有优异的循环稳定性和出色的倍率性能,其在1 C倍率下100个循环后,可逆比容量高达121 mA h g-1。这项工作证明了 LLTO纳米纤维的引入可以改善PVDF基CPEs全固态LMBs的电化学性能。(2)为了进一步提升PVDF-CPEs的机械强度和柔韧性,受超轻、超薄的蜻蜓翅膀在煽动过程中不易弯曲和扭曲,且具有出色稳定性的启发,本研究构建了仿生蜻蜓翅膀结构以LLTO纳米纤维填充的PVDF-CPEs(PVDF-CPEs)。在这种仿生结构设计中,PVDF用于构建超薄的类蜻蜓翅膜,一维LLTO纳米纤维充当蜻蜓翅脉,可产生约10 MPa的高机械强度。PVDF-CPEs表面形成了类蜻蜓翅膀的状结构,确保了出色的柔韧性以及与锂负极之间良好的界面接触。当组装LiFePO4/PVDF-CPEs/Li全固态LMBs电池时,PVDF-CPEs可以抑制锂枝晶的生长,在200次循环后可逆比容量可达140 mAh g-1。此外,以该电解质组装的LiFePO4|PVDF-CPEs|Li4Ti5O12软包电池,在折叠和弯曲状态下可提供优异的倍率性能和循环稳定性。优异的性能主要得益于仿生PVDF-CPEs的独特孔结构和超强的机械强度。(3)通过逐层刮涂法制备超薄(9.6 μm)、柔性和高机械强度的三明治结构的固态电解质(SSE),使其兼顾CPEs的机械强度与界面稳定性。SSE中 75 wt.%的 LLTO/PVDF-CPE(LLTO-75)为中间层,上下层均为15 wt.%的LLTO/PVDF-CPE(LLTO-15)。LLTO-15以聚合物为主体,具有柔软稳定的界面,作为上下层可与电极形成较好的界面接触,而LLTO-75以陶瓷填料为主体,具有较好的机械强度,作为中间层可抑制锂枝晶生长。SSE的三明治结构设计使其在室温下具有高锂离子电导率(4.7×10-4 S cm-1),出色的机械强度(7.2MPa),并在锂对称电池循环中实现均匀锂沉积/剥离。SSE与LiFePO4和锂金属组装固态LMBs时,经过1000次循环后,电池的容量保持率达91.7%,库仑效率高达99.7%。(4)由于高压正极具有强氧化性,负极具有强还原性,进一步通过逐层刮涂法制备异质多层结构CPEs(SCPE),抗氧化聚丙烯腈(PAN)直接与正极接触,而抗还原聚环氧乙烷(PEO)则直接与负极接触,防止与正负极发生反应,以保护SCPE的中间层“陶瓷中聚合物”结构(PIC-CPE)。其中,PAN-CPE与LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NCM811)接触防止氧化反应形成稳定的界面,而PEO-CPE与锂接触防止还原,从而实现耐高压性。SCPE中不同CPEs的协同作用实现了高锂离子电导率(2.81×10-4 S cm-1),宽电化学窗口(4.92V),高机械性能和稳定的电解质/电极界面。使用SCPE的锂对称电池可以循环500小时以上而没有电压波动。以SCPE匹配的NCM811/Li固态电池具有出色的循环稳定性和高库仑效率,500次循环后容量保持率为88%,库伦效率为99.2%。(5)制备一种简单且可扩展的方法,在室温下利用Li3xLa2/3-xTiO3/聚偏氟乙烯/二甲基乙酰胺(LLTO/PVDF/DMAc)溶液与锂金属之间的自发化学反应,在锂金属表面原位形成了 LiF/LixLLTO固体电解质界面膜(SEI)。将LLTO/PVDF/DMAc滴在锂箔上后,PVDF与锂反应形成LiF。同时,Ti4+(LLTO)被还原为Ti3+(LixLLTO),在锂金属表面形成了离子和电子混合导体LiF/LixLLTO人工SEI。LiF/LixLLTO具有促进锂离子传输,引导锂离子均匀沉积,抑制锂枝晶形成的综合能力。当LiF/LixLLTO-Li复合负极与LiFePO4、NCM811和S正极耦合组装电池时,LiF/LixLLTO-Li负极分别实现了无枝晶形态和出色的电化学性能。更重要的是,通过在LiF/LixLLTO-Li上逐层涂覆LLTO/PVDF/DMAc溶液和三元正极材料NCM811构建一体化全固态LMBs,固态电池具有长期可循环性,实现了181 mAh g-1的初始容量,在200次循环后仍然保持83%的容量。这项工作为大规模制备下一代高能量密度固态LMBs提供了新思路。
李壮[8](2020)在《复合固体电解质膜的制备及电化学性能的研究》文中进行了进一步梳理锂金属电池由于其氧化还原电位低、重量密度轻和理论比容量高而备受关注。目前锂金属电池中常用的电解液为有机液体电解质,其具有高导电性、与电极间接触良好等优点,但其本身易燃、高挥发性以及封装过程中漏液的问题,都成为制约其实际应用的阻力。此外,有机电解液中锂离子沉积/剥离过程,“尖端效应”使得锂金属表面上锂离子分布不均匀,自发形成树枝状的锂枝晶,导致电池库伦效率低和短路等问题,造成安全隐患。采用固态电解质构筑的全固态电池有望从根本上解决上述问题,同时还可以进一步简化封装技术并机械抑制锂枝晶的生长。与有机电解液相比,固体电解质具有机械强度高、电化学窗口宽、化学性能稳定等优点。此外,固体电解质具有比较高的锂离子迁移率,从而有利于锂离子的均匀分布。尽管如此,固体电解质的发展仍然面临着诸多问题:如界面电阻大、室温离子电导率低和可加工性差等缺点。针对上述问题,本论文将聚合物、离子液体、无机固体电解质复合,制备了具有高离子电导率、良好安全性能和长循环寿命的固体电解质薄膜,为实现具有室温下高性能全固态锂电池提供了一种行之有效的思路。具体的研究工作如下:(1)以聚偏二氟乙烯(PVDF)聚合物作为骨架,分别以Pyr1(201)TFSI和Li1.3Al0.3Ge1.7(PO4)3(LAGP)为填充,通过溶液浇铸法制备了复合固态电解质膜,该膜结合了PVDF基质的柔软可塑性和LAGP的高剪切模量。LAGP的加入,不仅增强了固体电解质膜的剪切模量,可以机械抑制高电流密度下锂枝晶的生长,而且还促进了IL(ionic liquid,离子液体)中含氟阴离子的释放;后者在金属锂负极表面氧化分解形成富含Li F的SEI膜。二者的协同作用,使得所组装的Li|Li对称电池,在电流密度0.1 m A cm-2下,可以循环2700 h以上,而且极化电压保持在50 m V。以该固体电解质膜构筑的Li Fe PO4固态电池在室温(25℃)和1 C下经过100次循环后,其放电容量仍可保持在128.2 m Ah g-1。(2)以PVDF-HFP(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)为聚合物基体,结合IL和LAGP,制备的固体电解质,显示出良好的电化学性能和安全性。共聚的-HFP降低了PVDF主链的结晶度和玻璃化转变温度,所以耐高温性略低于PVDF的电解质膜,但仍高于商用PP隔膜。改善了聚合物基体的膨润性以吸附更多的增塑剂,从而使离子电导率达到5.43×10-4 S cm-1,锂离子迁移数也达到0.53。在室温及0.1 m A cm-1电流密度下,Li|Li对称电池以较小过电位保持长达500 h(250圈)的稳定循环。循环结束的锂片表面光滑,形成覆盖一层致密平滑的富Li F的SEI,表明该隔膜对起到抑制锂枝晶生长的有重要作用,提高了电池的安全性。
唐振宇[9](2020)在《多孔环氧树脂基凝胶电解质的制备及其在锂/钠金属电池中的应用》文中认为锂金属因具有理论容量高(3860 mA h/g)、电极电位低(-3.0401V vs.标准氢电极)以及低密度(0.53 g/cm3)等优势而成为最具有前景的高能锂二次电池负极材料。但随着锂资源供应短缺且分布不均等问题的日益凸显,储量丰富且成本更低的金属钠逐渐进入人们视野。相较于传统的碳基负极材料,金属钠具有电化学电势低(-2.714 V vs.标准氢电极)、理论比容量高(1166 mA h/g)等优点,使得钠金属电池也成为了最具潜力的高能量密度电池之一。但两种电池均存在安全性的问题,因此采用固态电解质替代液态电解质是必然之路。不论是聚合物电解质或有机-无机复合电解质,聚合物基体的选择都是至关重要的,目前常用的聚合物基体仍存在着机械性能差、室温离子电导率低等缺点,限制了其商业应用。本文选取双酚A型环氧树脂(DGEBA)的交联网络为基体,通过设计不同的微观孔结构,制备了性能优异的多孔环氧树脂基凝胶电解质,为聚合物基体的选择拓宽了思路。首先,通过相转化法的制备了环氧树脂基多孔膜(PEE),并通过改变聚合物单体与造孔剂溶剂的配方比例获得了多种孔结构(平均孔径1μm~8 μm),在表观和微观方面分别比较了因孔结构不同而导致的形貌、机械性能以及热力学性能方面的差异。结果表明,随着造孔剂与环氧树脂的质量比x(1≤x<3)的增大,环氧树脂膜的孔结构发生了从蜂窝状结构到混合结构(骨架+球)的改变,所有结构均具有出色的机械性能。所制备的环氧树脂膜在250℃静置60 min,表观尺寸未发生明显变化,说明其具有良好的热稳定性。其次,将不同孔结构的环氧树脂膜在电解液中充分活化形成凝胶电解质,测试孔结构的变化对其机械性能以及电化学性能的影响。结果发现,当x=2.75时,凝胶电解质的综合性能最优。PEE-2.75对应的这种自发形成的混合结构(贯通孔道+球),因其具有较宽的离子传输通道和大量的表面羟基基团,而导致了较高的吸液率(233%)以及更低的界面阻抗,离子电导率高达2×10-3 S/cm;同时这种结构促进了锂离子的均匀沉积,即使在2 mA/cm2的高电流密度下,对锂枝晶仍有良好的抑制作用。最后,首次将环氧树脂作为聚合物基体应用于钠金属电池,独特的结构设计与四种不同的电解液适配,进一步拓宽环氧树脂膜的应用范围。最终发现,经过醚类电解液活化后的环氧树脂膜因“相似相溶”原理会表现出明显的溶胀甚至降解现象,而经过电解液(NaPF6+EC/DMC)活化后的凝胶电解质的综合性能最佳。其离子电导率可达2×10-3 S/cm,电化学窗口为4.7 V,与电极之间具有优异的界面性能,并且该电解质在Na/Na3V2(PO4)3全电池中有着出色的倍率和循环性能。
王航超[10](2020)在《新型聚合物固体电解质的合成和全固态锂金属电池研究》文中认为二次锂金属电池由于高的能量密度,较长的使用寿命而备受青睐,但因使用液态电解质时的枝晶生长以及电解液本身易燃的安全问题,到目前为还不能实现商业化。固态聚合物电解质(SPE)能有效解决上述问题,而传统的SPE存在室温下离子电导率低,电极/电解质界面阻抗大,机械强度不足等缺点,这些问题阻碍了聚合物固态锂电池的应用。因此,设计新型SPE成为当今各国研究的热门课题之一。材料的分子设计和电解质膜的结构是影响聚合物电解质性能的主要因素。基于这两点,本文创造性地构建了一个超强超韧的聚合物固体电解质-----形成的3D立体互穿网络结构的固态聚合物电解质(M-S-PEGDA)采用金属有机骨架(MOF),四(3-巯基丙酸)季戊四醇(PETMP)和新型聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为原料,在室温和紫外光预处理条件下合成三元有序共聚合物前驱体;将前驱体浆料浇筑在正负极表面,通过光/热原位聚合成膜。此种聚合物固体电解质具有易加工、高机械强度(应力9.4MPa)、超强韧性(应变~500%)和高室温离子电导(0.226 mS cm-1)的特点。采用原位聚合方式,形成的电解质与电极表面有很好的界面兼容性和较低的界面阻抗(~550Ω)。此外,新型聚合物电解质还具有高达5.4V的电化学稳定窗口,使其能与各种高压正极材料匹配构建高能量密度锂离子/锂金属电池。磷酸铁锂(LiFePO4,LFP),高镍三元正极材料(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2,NCM811)和高压钴酸锂(LiCoO2,LCO)的固态聚合物锂金属电池在室温和0.2 C倍率条件下均能够长时间稳定循环。在40℃,Li‖LiFePO4全电池采用0.1和0.5 C倍率放电,分别可得到163.3和141.1 mAh g-1的放电容量;在0.5 C下进行500次循环后,全电池的放电容量依然保持在123.1 mAhg-1(保留率为85.6%),显示出了巨大的实际应用潜力。基于PEGDA,我们设计和合成了可控超支化、具有空间扭曲双螺旋结构的聚合物电解质膜(SMA-g-PEGDA),实现了高达1.8mS cm-1的室温离子电导率。在0.1 C和25℃条件下,用SMA-g-PEGDA组装的Li‖LiFePO4全电池可以提供160.7 mAh g-1的放电容量,经过130次循环后依旧高达158.7 mAhg-1;在25℃和0.5C条件下,电池的首圈放电容量可达到148.4 mAh g-1,160圈后放电容量保持率为96.8%,平均库伦效率为98.6%。相对于前述聚合物固体电解质,此种聚合物电解质具有更优异的电化学性能。总的来说,两种新型聚合物电解质因其制作简单、性能优异等特点引人注目,同时为室温下锂金属电池产业化的实现打下基础。
二、多孔状聚合物固体电解质膜的制备与性能(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、多孔状聚合物固体电解质膜的制备与性能(论文提纲范文)
(1)新型凝胶聚合物电解质的制备及其在锂硫电池中的应用(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂硫电池概述 |
1.2.1 锂硫电池的发展历程 |
1.2.2 锂硫电池的工作原理 |
1.2.3 锂硫电池面临的挑战 |
1.2.4 锂硫电池的改进方法 |
1.3 锂硫电池电解液(质)的研究进展 |
1.3.1 液态有机电解液 |
1.3.2 固体聚合物电解质 |
1.3.3 凝胶聚合物电解质 |
1.4 凝胶聚合物电解质的制备 |
1.4.1 静电纺丝概述 |
1.4.2 静电纺丝的工作原理 |
1.4.3 静电纺丝的应用 |
1.5 本文研究思路和主要研究内容 |
1.5.1 研究思路 |
1.5.2 主要研究内容 |
第2章 实验仪器与方法 |
2.1 实验试剂与实验设备 |
2.1.1 实验试剂 |
2.1.2 实验设备 |
2.2 电解质的非电化学性能测试 |
2.2.1 红外光谱分析(FTIR) |
2.2.2 扫描电子显微镜分析(SEM) |
2.2.3 透射电子显微镜分析(TEM) |
2.2.4 力学性能测试 |
2.2.5 热学性能测试 |
2.2.6 吸液率测试 |
2.3 电解质的电化学性能测试 |
2.3.1 离子电导率测试 |
2.3.2 锂离子迁移数测试 |
2.3.3 电化学窗口测试 |
2.3.4 界面稳定性测试 |
2.3.5 电池性能测试 |
第3章 离子液体与聚氧化乙烯双接枝聚乙烯醇基凝胶电解质的制备与性能研究 |
3.1 前言 |
3.2 样品制备 |
3.2.1 离子液体与聚氧化乙烯双接枝聚乙烯醇(PVA-PIN)的制备 |
3.2.2 离子液体与聚氧化乙烯双接枝聚乙烯醇(PVA-PIN)凝胶膜的制备 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 产物结构表征 |
3.3.2 聚合物电解质的形貌 |
3.3.3 聚合物电解质的热力学性能 |
3.3.4 聚合物电解质的吸液率 |
3.3.5 聚合物电解质的离子电导率 |
3.3.6 锂离子迁移数 |
3.3.7 电化学稳定性 |
3.3.8 电解质-电极界面稳定性 |
3.3.9 电池性能分析 |
3.3.10 多硫化物抑制机理分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 改性聚乙烯醇掺杂离子液体键合SiO_2复合凝胶电解质的制备与性能研究 |
4.1 前言 |
4.2 样品制备 |
4.2.1 甲苯的预处理 |
4.2.2 离子液体改性单功能化SiO_2纳米颗粒(SiO_2-PYTFSI)的制备 |
4.2.3 SiO_2-PYTFSI掺杂复合凝胶膜的制备 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 产物结构表征 |
4.3.2 复合凝胶电解质的形貌 |
4.3.3 复合凝胶电解质的热力学性能 |
4.3.4 复合凝胶电解质的吸液率 |
4.3.5 复合凝胶电解质的离子电导率 |
4.3.6 锂离子迁移数 |
4.3.7 电化学稳定性 |
4.3.8 电解质-电极界面稳定性 |
4.3.9 电池性能分析 |
4.3.10 多硫化物抑制机理分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 论文的主要结论 |
5.2 论文的主要创新点 |
5.3 论文的不足与展望 |
参考文献 |
附录 |
作者介绍 |
硕士期间学术成果 |
(2)丁二腈基凝胶聚合物电解质的制备及其性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 聚合物固态电解质的国内外研究进展 |
1.2.1 双层复合聚合物电解质研究现状 |
1.2.2 原位固化技术研究现状 |
1.2.3 常见聚合物固态电解质和凝胶电解质 |
1.2.4 壳聚糖-海藻酸钠凝胶电解质和PVDF基凝胶电解质 |
1.2.5 细菌丝基凝胶电解质 |
1.3 丁二腈材料在固态电解质中的应用 |
1.4 研究意义和研究内容 |
第二章 实验方法 |
2.1 实验药品和实验仪器 |
2.2 材料制备和电池组装 |
2.2.1 电解质的制备 |
2.2.2 电池的组装 |
2.3 材料表征与电化学性能表征 |
2.3.1 扫描电子显微镜观测 |
2.3.2 交流阻抗谱测试 |
2.3.3 锂离子迁移数测试 |
2.3.4 电化学平台测试 |
2.3.5 锂对称循环充放电测试 |
2.3.6 对锂稳定性测试 |
第三章 基于丁二腈的光固化复合凝胶电解质的制备及其电池性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 制备流程 |
3.3 基于丁二腈的光固化凝胶电解质的表征结果及分析 |
3.3.1 扫描电子显微镜结果与分析 |
3.3.2 光学照片结果与分析 |
3.4 光固化复合凝胶电解质电化学性能测试结果与分析 |
3.4.1 交流阻抗谱 |
3.4.2 线性伏安特性曲线 |
3.4.3 锂离子迁移数 |
3.4.4 对锂恒流充放电稳定性 |
3.4.5 电池性能与循环伏安曲线 |
3.5 本章小结 |
第四章 壳聚糖凝胶电解质、PVDF-HFP凝胶电解质和细菌丝凝胶电解质的制备及其电池性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 制备流程 |
4.2.1 壳聚糖-海藻酸钠凝胶电解质膜的制备流程 |
4.2.2 PVDF-HFP凝胶电解质膜的制备流程 |
4.2.3 细菌丝凝胶电解质膜的制备流程 |
4.3 电解液导电率与电化学性能测试结果与分析 |
4.3.1 对锂恒流充放电稳定性 |
4.3.2 电池性能 |
4.4 壳聚糖凝胶电解质表征结果及电化学性能测试结果分析 |
4.4.1 壳聚糖凝胶电解质扫描电子显微镜结果与分析 |
4.4.2 光学照片结果与交流阻抗谱分析 |
4.5 PVDF-HFP凝胶电解质表征结果及电化学性能测试结果分析 |
4.6 细菌丝凝胶电解质表征结果及电化学性能测试结果分析 |
4.6.1 细菌丝凝胶电解质表征结果及分析 |
4.6.2 细菌丝凝胶电解质电化学性能测试结果与分析 |
4.6.3 全电池性能测试结果与分析 |
4.7 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
在学期间取得的科研成果和科研情况说明 |
致谢 |
(3)纳米陶瓷/聚碳酸乙烯酯复合薄膜及其导电性的研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1. 1 前言 |
1.2 复合型固态电解质 |
1.2.1 聚合物基质 |
1.2.2 陶瓷填料 |
1.3 本文研究的主要内容、目标与方法 |
第2章 纳米陶瓷线的制备 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验材料与实验设备 |
2.2.2 LLTO纳米线的制备 |
2.2.3 表征与测试 |
2.3 实验结果与讨论 |
2.3.1 溶液浓度对初纺纤维形貌的影响 |
2.3.2 煅烧温度对LLTO纳米线形貌及晶相结构影响 |
2.3.3 电压对LLTO纳米线形貌及晶相结构的影响 |
2.3.4 陶瓷主盐含量对初纺纤维形貌及晶相结构的影响 |
2.4 本章小结 |
第3章 纳米陶瓷线/PEC复合薄膜 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验材料与实验设备 |
3.2.2 纳米陶瓷线/PEC复合薄膜的制备 |
3.2.3 表征与测试 |
3.3 实验结果与讨论 |
3.3.1 纳米陶瓷纤维含量对PEC复合薄膜形貌及结构的影响研究 |
3.3.2 纳米陶瓷线含量PEC复合薄膜电化学性能的影响研究 |
3.3.3 纳米陶瓷线尺寸对PEC复合薄膜及结构的影响研究 |
3.3.4 纳米陶瓷线尺寸对PEC复合薄膜电化学性能的影响研究 |
3.4 本章小结 |
第4章 中空纳米陶瓷管/PEC复合薄膜 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验材料与实验设备 |
4.2.2 中空LLTO纳米管其与PEC复合薄膜的制备 |
4.2.3 表征与测试 |
4.3 实验结果与讨论 |
4.3.1 不同芯-壳层溶液组合的电纺性实验对比 |
4.3.2 中空LLTO纳米管形貌分析 |
4.3.3 中空陶瓷纳米管/PEC复合薄膜形貌分及结构分析 |
4.3.4 中空陶瓷纳米管/PEC复合薄膜的电化学性能分析 |
4.3.5 中空陶瓷纳米管/PEC复合薄膜的拉伸性能测试 |
4.4 本章小结 |
结论 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果 |
(4)PEO基复合聚合物电解质的制备及离子传导性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 固态锂离子电池的概述 |
1.3 固态聚合物电解质的简述 |
1.3.1 固态聚合物电解质工作机制 |
1.3.2 固态聚合物电解质的满足条件 |
1.3.3 固态聚合物电解质的分类及特点 |
1.3.4 聚合物电解质的挑战 |
1.4 PEO基聚合物电解质概述 |
1.4.1 PEO基聚合物电解质简介 |
1.4.2 PEO基聚合物电解质的类别 |
1.5 多金属氧酸盐(多酸)简述 |
1.5.1 多酸的概述 |
1.5.2 多酸在电解质中的研究现状 |
1.6 选题意义与主要研究内容 |
1.6.1 选题意义 |
1.6.2 主要研究内容 |
第二章 实验部分 |
2.1 实验原料及试剂 |
2.2 实验仪器 |
2.3 材料表征 |
2.3.1 扫描电子显微镜(SEM) |
2.3.2 粉末X-射线衍射(XRD) |
2.3.3 热重分析 |
2.3.4 红外光谱分析 |
2.3.5 核磁共振氢谱 |
2.4 电化学测试 |
2.4.1 交流阻抗测试 |
第三章 金属有机框架材料掺杂的PEO基聚合物电解质的制备与性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 材料合成 |
3.2.2 材料的表征 |
3.2.3 电化学测试 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 NENU-3(Li)的物理表征 |
3.3.2 PEO/PVDF/NENU-3(Li)电解质膜的物理表征 |
3.3.3 PEO/PVDF/NENU-3(Li)电解质膜的离子电导率和离子迁移数测试 |
3.4 本章结论 |
第四章 丁二腈与多酸掺杂的PEO基聚合物电解质的制备及性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 材料合成 |
4.2.2 材料表征 |
4.2.3 电化学测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 PEO/PVDF/SN/LPM电解质膜的表征 |
4.3.2 PEO/PVDF/SN/LPM电解质膜的离子电导率和离子迁移数测试 |
4.3.3 PEO/PVDF/SN/LPW电解质膜的物理表征 |
4.3.4 PEO/PVDF/SN/LPW电解质膜的离子电导率及离子迁移数 |
4.4 本章结论 |
第五章 离子液体与多酸掺杂的PEO基聚合物电解质的制备及性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 材料合成 |
5.2.2 材料表征 |
5.2.3 电化学测试 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 离子液体(IL)的表征 |
5.3.2 LPM-IL复合材料电导率测试 |
5.3.3 PEO/PVDF/LPM-IL电解质膜的表征 |
5.3.4 PEO/PVDF/LPM-IL电解质膜的离子电导率以及离子迁移数测试 |
5.3.5 PEO/PVDF/LPW-IL电解质膜的物理表征 |
5.3.6 PEO/PVDF/LPW-IL的离子电导率和离子迁移数测试 |
5.4 本章结论 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间公开发表论文及着作情况 |
(5)瞬态锌离子电池的构筑与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 瞬态电子技术概述 |
1.2.1 瞬态电子技术研究进展 |
1.2.2 可降解材料研究进展 |
1.3 瞬态储能器件 |
1.3.1 瞬态储能器件简介 |
1.3.2 瞬态储能器件的材料与结构策略 |
1.3.3 瞬态储能器件研究进展 |
1.4 锌离子电池 |
1.4.1 锌离子电池简介 |
1.4.2 锌离子电池基本结构 |
1.4.3 锌离子电池工作原理 |
1.5 论文研究目的及架构 |
第2章 实验 |
2.1 实验原料与实验设备 |
2.1.1 实验原料 |
2.1.2 实验设备 |
2.2 主要测试表征方法 |
2.2.1 材料性能表征测试 |
2.2.2 电化学性能测试 |
2.2.3 降解性能及生物相容性测试 |
第3章 基于纤维素气凝胶-明胶电解质的可植入瞬态锌离子电池 |
3.1 前言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 纤维素气凝胶框架(CA)的制备 |
3.2.2 纤维素气凝胶-明胶电解质(CAG)复合膜的制备 |
3.2.3 正极制备 |
3.2.4 负极制备 |
3.2.5 塑化丝素蛋白封装膜的制备 |
3.2.6 丝素蛋白导电底物的制备 |
3.2.7 表征方法 |
3.2.8 电化学测试 |
3.2.9 动物体内降解测试 |
3.2.10 细胞毒性测试 |
3.3 实验结果与讨论 |
3.3.1 纤维素基准固态电解质制备与器件组装 |
3.3.2 材料结构与性能表征 |
3.3.3 电化学性能表征 |
3.3.4 降解和生物相容性表征 |
3.4 本章小结 |
第4章 以智能湿敏明胶-丝素蛋白电解质为基的形状可控瞬态锌离子电池 |
4.1 前言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 湿敏塑化明胶-丝素蛋白电解质的制备 |
4.2.2 集流体的制备 |
4.2.3 正极的制备 |
4.2.4 负极的制备 |
4.2.5 表征方法 |
4.2.6 细胞毒性测试 |
4.2.7 电化学测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 湿敏塑化明胶-丝素蛋白电解质制备与器件组装 |
4.3.2 材料结构与性能表征 |
4.3.3 电化学性能表征 |
4.3.4 降解性能表征 |
4.3.5 机理分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 结论与展望 |
5.1 主要结论 |
5.2 对后续工作的展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间主要科研成果 |
(6)纤维素在碱性聚电解质中的应用探索研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1 章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 碱性聚电解质概述 |
1.2.1 碱性聚电解质的组成 |
1.2.2 碱性聚电解质的研究现状 |
1.2.2.1 以CS为基体的碱性聚电解质膜 |
1.2.2.2 以PEO为基体的碱性聚电解质膜 |
1.2.2.3 以PVA为基体的碱性聚电解质膜 |
1.2.2.4 以PVA/PEO聚合物为基体的碱性聚电解质膜 |
1.2.2.5 以气凝胶聚合物为基体的碱性聚电解质膜 |
1.2.3 碱性聚电解质膜应用 |
1.2.3.1 在传统电池中的应用 |
1.2.3.2 在柔性电池中的应用 |
1.3 纤维素概述 |
1.3.1 纤维素结构 |
1.3.2 纤维素溶解体系 |
1.3.2.1 氯化锂(LiCl)/N-N-二甲基乙酰胺(DMAc)体系 |
1.3.2.2 碱/尿素(Urea)溶解体系 |
1.4 锌-空气电池概述 |
1.4.1 锌-空气电池作用原理 |
1.4.2 锌-空气电池研究现状 |
1.5 课题立意与研究意义 |
第2章 PVA/QMCC/KOH碱性聚电解质的制备及其应用研究 |
2.1 前言 |
2.2 实验药品及仪器 |
2.2.1 实验药品 |
2.2.2 实验仪器 |
2.3 实验步骤 |
2.3.1 PVA/KOH碱性膜的制备 |
2.3.2 PVA/MCC/KOH碱性聚电解质膜的制备 |
2.3.3 PVA/QMCC/KOH碱性聚电解质膜的制备 |
2.3.4 Zn-Air电极的制备及组装 |
2.4 结果与讨论 |
2.4.1 季铵盐改性纤维素(QMCC)的制备及表征 |
2.4.2 形态与结构分析 |
2.4.3 力学性能分析 |
2.4.4 电化学性能分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 RDC/PAA/KOH碱性聚电解质的制备及其应用研究 |
3.1 前言 |
3.2 实验药品及仪器 |
3.2.1 实验药品 |
3.2.2 实验仪器 |
3.3 实验步骤 |
3.3.1 网络结构RDC膜的制备 |
3.3.2 超临界干燥RDC膜 |
3.3.3 RDC/PAA聚电解质膜的制备 |
3.3.4 RDC/PAA/KOH聚电解质膜的制备 |
3.3.5 锌-空气电池的组装 |
3.4 结果与讨论 |
3.4.1 形态与结构分析 |
3.4.2 力学性能分析 |
3.4.3 电性能分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 RDC/N-PAA/KOH碱性聚电解质的制备及其应用研究 |
4.1 前言 |
4.2 实验药品及仪器 |
4.2.1 实验药品 |
4.2.2 实验仪器 |
4.3 实验步骤 |
4.3.1 网络结构RDC膜的制备 |
4.3.2 超临界干燥RDC膜 |
4.3.3 RDC/N-PAA聚电解质膜的制备 |
4.3.4 RDC/N-PAA/KOH聚电解质膜的制备 |
4.3.5 锌-空气电池的制备 |
4.4 结果与讨论 |
4.4.1 形态与结构分析 |
4.4.2 力学性能分析 |
4.4.3 电化学性能分析 |
4.5 本章小结 |
第5 章 全文总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 前景展望 |
5.3 本次论文创新点与不足 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士期间主要科研成果 |
(7)固态聚合物复合电解质的制备及其在锂金属电池中的应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂金属电池 |
1.2.1 锂金属电池发展 |
1.2.2 锂金属电池瓶颈 |
1.3 锂金属负极改善策略 |
1.3.1 电解液/隔膜改性 |
1.3.2 人工界面保护层 |
1.3.3 结构化锂电极 |
1.3.4 固态电解质 |
1.4 固态复合电解质研究进展 |
1.4.1 固态复合电解质优势 |
1.4.2 聚合物基体 |
1.4.3 无机填料 |
1.4.4 一维无机纳米纤维/聚合物固态复合电解质 |
1.4.5 三维无机结构/聚合物固态复合电解质 |
1.4.6 异质多层结构固态复合电解质 |
1.5 固态锂金属电池待解决的科学问题 |
1.6 选题依据及研究内容 |
2 LLTO纳米纤维增强PVDF基固态电解质的制备及固态锂金属电池的应用研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验内容 |
2.2.1 实验材料 |
2.2.2 实验仪器 |
2.2.3 LLTO纳米纤维的制备 |
2.2.4 CPEs膜的制备 |
2.2.5 模拟计算 |
2.2.6 电化学表征 |
2.3 实验结果与讨论 |
2.3.1 材料的合成及表征 |
2.3.2 物相表征及作用机理 |
2.3.3 理化性能研究 |
2.3.4 锂对称电池研究 |
2.3.5 固态电池研究 |
2.4 本章小结 |
3 仿生蜻蜓之翼PVDF/LLTO电解质的制备及固态锂金属电池的应用研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验内容 |
3.2.1 实验材料 |
3.2.2 实验仪器 |
3.2.3 LLTO纳米纤维的制备 |
3.2.4 Li_4Ti_5O_(12)纳米纤维的制备 |
3.2.5 PVDF-CPEs的制备 |
3.2.6 材料表征 |
3.2.7 电化学表征 |
3.2.8 模拟计算 |
3.3 实验结果与讨论 |
3.3.1 材料的制备及表征 |
3.3.2 机械性能研究 |
3.3.3 理化性能测试 |
3.3.4 固态电池研究 |
3.3.5 软包电池研究 |
3.4 本章小结 |
4 超薄、柔性三明治结构电解质膜制备及固态锂金属电池的应用研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验内容 |
4.2.1 实验原料及试剂 |
4.2.2 实验仪器 |
4.2.3 PVDF-CPEs膜的制备 |
4.2.4 三明治式LLTO/PVDF-CPE的制备 |
4.2.5 材料表征 |
4.2.6 电化学表征 |
4.3 实验结果与讨论 |
4.3.1 材料的制备及表征 |
4.3.2 不同填料浓度对固态电解质性能影响 |
4.3.3 三明治式固态电解质性能研究 |
4.3.4 固态电池研究 |
4.4 本章小结 |
5 高压固态锂金属电池用异质多层结构固态复合电解质界面构筑及应用性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验内容 |
5.2.1 实验材料 |
5.2.2 实验仪器 |
5.2.3 LLTO纳米纤维的制备 |
5.2.4 PEO-CPE、PAN-CPE和PIC-CPE膜的制备 |
5.2.5 SCPE膜的制备 |
5.2.6 材料表征 |
5.2.7 电化学表征 |
5.3 实验结果与讨论 |
5.3.1 材料的制备与表征 |
5.3.2 机械性能研究 |
5.3.3 电化学性能研究 |
5.3.4 原位质谱研究 |
5.3.5 固态电池研究 |
5.4 本章小结 |
6 氟化固体电解质界面的构筑及其在固态锂金属电池中的应用研究 |
6.1 引言 |
6.2 实验内容 |
6.2.1 实验原料及试剂 |
6.2.2 实验仪器 |
6.2.3 LLTO纳米纤维的合成 |
6.2.4 LiF/Li_xLLTO-Li电极的制备 |
6.2.5 材料表征 |
6.2.6 电化学表征 |
6.3 实验结果与讨论 |
6.3.1 富含LiF界面的构筑及其电化学性能研究 |
6.3.2 富含LiF固体电解质界面及其在固态锂金属电池中应用 |
6.4 本章小结 |
7 结论、创新点与展望 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
在读期间发表的学术论文与研究成果 |
(8)复合固体电解质膜的制备及电化学性能的研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
专用术语注释表 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂电池简介 |
1.3 常见的提高锂电池安全性的策略介绍 |
1.3.1 负极集流体的改进设计 |
1.3.2 固体电解质界面(SEI)的形成 |
1.4 锂电池固体电解质 |
1.4.1 无机固体电解质 |
1.4.2 聚合物电解质 |
1.4.3 复合固体电解质 |
1.5 固体电解质抑制锂枝晶生长的研究进展 |
1.5.1 高模量和高锂离子迁移数固体电解质的应用 |
1.5.2 固体电解质/锂负极的结构设计 |
1.6 本论文的研究意义及主要研究内容 |
第二章 PVDF基复合固体电解质膜的制备及电化学性能的研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验材料及设备 |
2.2.2 PVDF/Pyr_(1(201))TFSI/LAGP复合固体电解质薄膜的制备 |
2.2.3 磷酸铁锂正极的制备 |
2.2.4 固态电池的组装 |
2.2.5 材料物理表征 |
2.2.6 电化学测试 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 不同掺杂比例的PVDF/Pyr_(1(201))TFSI/LAGP复合固体电解质薄膜的表征 |
2.3.2 PVDF/Pyr_(1(201))TFSI/LAGP复合固体电解质薄膜的离子电导率表征 |
2.3.3 LAGP和离子液体的添加对复合固体电解质薄膜热稳定性的影响 |
2.3.4 PIL复合固体电解质薄膜的电化学及机械性能研究 |
2.3.5 对称锂金属电池和磷酸铁锂固态电池的电化学性能研究 |
2.3.6 PVDF/Pyr_(1(201))TFSI/LAGP复合固体电解质薄膜对抑制锂枝晶生长的作用 |
2.4 本章小结 |
第三章 PVDF-HFP基复合固体电解质薄膜的制备及电化学性能的研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验材料 |
3.2.2 PVDF-HFP/Pyr_(1(201))TFSI/LAGP复合固体电解质薄膜的制备 |
3.2.3 电池组装 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 PVDF-HFP/Pyr_(1(201))TFSI/LAGP复合固体电解质薄膜的表征 |
3.3.2 PVDF-HFP/Pyr_(1(201))TFSI/LAGP复合固体电解质薄膜的热稳定性 |
3.3.3 PVDF-HFP/Pyr_(1(201))TFSI/LAGP复合固体电解质薄膜的性能研究 |
3.4 本章小结 |
第四章 总结与展望 |
4.1 总结 |
4.2 展望 |
参考文献 |
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利 |
致谢 |
(9)多孔环氧树脂基凝胶电解质的制备及其在锂/钠金属电池中的应用(论文提纲范文)
学位论文数据集 |
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
第一章 绪论 |
1.1 前言 |
1.2 金属锂电池概述 |
1.2.1 锂金属电池面临的挑战 |
1.2.2 锂枝晶的应对措施 |
1.2.2.1 电解液稳定锂负极 |
1.2.2.2 界面工程稳定锂负极 |
1.2.2.3 构建稳定基体减少负极体积变化 |
1.2.2.4 固态电解质抑制锂枝晶 |
1.3 金属钠电池概述 |
1.3.1 钠金属电池面临的挑战 |
1.3.2 钠枝晶的应对措施 |
1.3.2.1 修饰有机液态电解质 |
1.3.2.2 在钠金属表面引入保护层 |
1.3.2.3 构建三维多孔基体材料 |
1.4 固态电解质研究 |
1.4.1 无机固态电解质 |
1.4.1.1 锂离子无机固态电解质 |
1.4.1.2 钠离子无机固态电解质 |
1.4.2 有机固态电解质 |
1.4.2.1 聚合物固态电解质在锂电池中的应用 |
1.4.2.2 聚合物固态电解质在钠电池中的应用 |
1.5 论文选题的背景、目的及主要创新点 |
1.5.1 论文的选题背景及目的 |
1.5.2 主要创新点 |
1.5.3 主要研究内容 |
第二章 实验材料与表征 |
2.1 实验原料与仪器 |
2.1.1 实验试剂及原料 |
2.1.2 实验仪器设备 |
2.2 表征与测试方法 |
2.2.1 材料基础性能表征 |
2.2.2 电化学性能测试 |
第三章 多孔环氧树脂膜的制备及材料基础性能表征 |
3.1 引言 |
3.2 多孔环氧树脂膜的制备 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 不同造孔剂含量对环氧树脂膜表面形貌的影响 |
3.3.2 不同造孔剂含量对环氧树脂膜微观形貌的影响 |
3.3.3 红外光谱分析 |
3.3.4 热力学性能分析 |
3.3.5 机械性能分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 多孔环氧树脂基凝胶电解质在锂金属电池中的性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 多孔环氧树脂基凝胶电解质的制备 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 多孔环氧树脂基凝胶电解质的性能分析 |
4.3.1.1 吸液性能分析 |
4.3.1.2 机械性能分析 |
4.3.1.3 离子电导率分析 |
4.3.1.4 界面阻抗分析 |
4.3.1.5 电化学稳定性能分析 |
4.3.1.6 锂离子迁移数分析 |
4.3.1.7 电解质对锂的稳定性分析 |
4.3.2 全电池性能分析 |
4.3.2.1 循环性能分析 |
4.3.2.2 倍率性能分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 多孔环氧树脂基凝胶电解质在钠金属电池中的性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 多孔环氧树脂基凝胶电解质的制备 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 多孔环氧树脂基凝胶电解质的性能分析 |
5.3.1.1 吸液率及离子电导率分析 |
5.3.1.2 机械性能分析 |
5.3.1.3 电化学稳定性能分析 |
5.3.1.4 界面阻抗分析 |
5.3.1.5 钠离子迁移数分析 |
5.3.1.6 电解质对钠的稳定性分析 |
5.3.2 全电池性能分析 |
5.3.2.1 长循环性能分析 |
5.3.2.2 倍率性能分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
研究成果及发表的学术论文 |
作者和导师简介 |
附件 |
(10)新型聚合物固体电解质的合成和全固态锂金属电池研究(论文提纲范文)
学位论文数据集 |
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂电池的概述 |
1.2.1 锂离子电池(LIBs) |
1.2.2 锂硫电池 |
1.2.3 锂金属电池 |
1.3 固态电解质的概述 |
1.3.1 无机固态电解质 |
1.3.2 聚合物固态电解质 |
1.3.3 聚合物固态电解质的离子导电机制及关键参数 |
1.3.4 有机-无机复合固态电解质 |
1.4 本论文的选题依据和研究内容 |
第二章 实验方法 |
2.1 实验试剂和原料 |
2.2 实验仪器和设备 |
2.3 聚合物电解质的理化性质表征设备 |
2.4 电化学性质表征方法及原理 |
2.4.1 不同温度离子电导率测试 |
2.4.2 电化学窗口测试 |
2.4.3 离子迁移数测试 |
2.4.4 界面相容性测试 |
2.4.5 固态聚合物锂电池正极片的制备 |
2.4.6 固态聚合物全电池的制备 |
2.4.7 固态聚合物全电池电化学性能测试 |
第三章 机械性能和离子电导率解耦的硫醇支化聚合物电解质 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 MOF(Uio-66-MET)的合成 |
3.2.2 PEGDA的合成 |
3.2.3 聚合物电解质(M-S-PEGDA)的合成 |
3.3 结果和讨论 |
3.3.1 MOF的表征 |
3.3.2 PEGDA的合成的表征 |
3.3.3 聚合物电解质(M-S-PEGDA)的表征 |
3.3.4 聚合物电解质的热稳定性分析 |
3.3.5 聚合物电解质离子电导率随温度变化的测试 |
3.3.6 聚合物电解质的DSC分析 |
3.3.7 聚合物电解质的电化学稳定性表征 |
3.3.8 固态聚合物电解质的t_(Li+)测试 |
3.3.9 不同种类的固态聚合物电解质的机械性能测试 |
3.3.10 M-S-PEGDA聚合物电解质与锂金属负极间界面稳定性研究 |
3.3.11 固态LMBs电化学性能测试 |
3.4 本章小结 |
第四章 新型超支化分子构建高导离子网络聚合物电解质 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 马来酸酐-苯乙烯嵌段共聚物(SMA)的合成 |
4.2.2 聚乙二醇接枝马来酸酐-苯乙烯嵌段共聚物(SMA-g-PEG)的合成 |
4.2.3 超支化大分子(SMA-g-PEGDA)的合成 |
4.2.4 SMA-g-PEGDA聚合物电解质的合成 |
4.3 结果和讨论 |
4.3.1 SMA的红外表征 |
4.3.2 SMA-g-PEG的红外表征 |
4.3.3 SMA-g-PEGDA的合成表征 |
4.3.4 SMA-g-PEGDA电解质的热稳定性和电化学稳定窗口分析 |
4.3.5 SMA-g-PEGDA电解质的离子电导率和差热扫描量热分析 |
4.3.6 SPE全电池电化学性能测试 |
4.4 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
研究成果及发表的学术论文 |
作者和导师简介 |
附件 |
四、多孔状聚合物固体电解质膜的制备与性能(论文参考文献)
- [1]新型凝胶聚合物电解质的制备及其在锂硫电池中的应用[D]. 钱婕. 浙江大学, 2021(01)
- [2]丁二腈基凝胶聚合物电解质的制备及其性能研究[D]. 刘通. 天津理工大学, 2021(08)
- [3]纳米陶瓷/聚碳酸乙烯酯复合薄膜及其导电性的研究[D]. 赵依纯. 江汉大学, 2021(01)
- [4]PEO基复合聚合物电解质的制备及离子传导性能研究[D]. 朱丽洁. 东北师范大学, 2021(12)
- [5]瞬态锌离子电池的构筑与性能研究[D]. 周俊杰. 齐鲁工业大学, 2021(10)
- [6]纤维素在碱性聚电解质中的应用探索研究[D]. 由翔. 齐鲁工业大学, 2021(09)
- [7]固态聚合物复合电解质的制备及其在锂金属电池中的应用研究[D]. 李博昱. 陕西科技大学, 2021(01)
- [8]复合固体电解质膜的制备及电化学性能的研究[D]. 李壮. 南京邮电大学, 2020(02)
- [9]多孔环氧树脂基凝胶电解质的制备及其在锂/钠金属电池中的应用[D]. 唐振宇. 北京化工大学, 2020(02)
- [10]新型聚合物固体电解质的合成和全固态锂金属电池研究[D]. 王航超. 北京化工大学, 2020(02)