锂金属电池固态电解质/高压正极界面调控
文献类型:学位论文
作者 | 张琪鹏 |
答辩日期 | 2021-06-01 |
文献子类 | 硕士 |
授予单位 | 中国科学院过程工程研究所 |
导师 | 张兰 |
关键词 | 锂金属固态电池,正极/电解质界面,高压,粘结剂,离子液体 |
英文摘要 | 锂金属固态电池因具有理论能量密度高、价格低廉、安全性高等优势,被认为是最适合、最有希望的下一代储能器件。特别是基于聚环氧乙烷(PEO)基固态电解质的固态电池,因其价格低、易加工、对金属锂负极相对稳定等优点,是目前的研究热点。然而PEO在约4.0 V(vs. Li/Li+)时出现明显氧化,无法匹配电压平台较高的正极,严重制约了PEO基固态电解质在高能量密度锂金属电池领域的发展。为了解决这些问题,研究人员提出了不同的方法,如对正极材料进行包覆,加入添加剂等。本论文以本实验室制备的PEO基高性能固态电解质为基础,设计并引入耐高压离子液体以及粘结剂,对电解质/高压正极界面进行调控。本论文主要研究内容和成果如下:(1)设计并制备了耐高压离子液体N-甲基-N-丙基哌啶四氟硼酸盐([PP13][BF4]),并将其应用到钴酸锂(LCO)正极中,得到IL-LCO复合正极,并成功调控电解质/钴酸锂界面。一系列的测试表明,IL-LCO正极相较于没有添加离子液体的正极,展现出了更好的电化学性能,特别是当离子液体的含量为2 wt%时性能最佳。在0.05 C倍率、55 °C、3.0 V至4.3 V下,2 wt% IL-LCO首次放电容量为125.1 mAh g-1,在0.2 C倍率下循环100周后容量为89.7 mAh g-1。容量保持率为76.3%,而采用相同电解质、未添加离子液体电极的固态电池放电容量几乎为零。(2)针对固态电池工作温度较高、充放电过程中容量衰减较快等问题,设计并制备了耐高压粘结剂聚丙烯酸锂(LiPAA),并将其应用到LCO中,测试表明相比于PVDF-LCO,LiPAA-LCO在50 °C、3.0 V至4.3 V下,在0.1 C倍率下循环150圈后容量为63.4 mAh g-1,优于以传统粘结剂PVDF制备的电池。XPS测试表明,LiPAA-LCO的CEI膜成分中LiF的量显著降低,说明LiTFSI(电解质)的分解被有效抑制,从而改善了电池在高压下的稳定性。上述研究结果表明,高压正极/电解质界面的调控可有效抑制PEO基固态电解质在高压下的氧化、提升库伦效率、稳定电池循环。而国内外相关研究还较少,尤其是将离子液体用于改善高压正极/PEO基固态电解质界面研究方面,无论是离子传输方式、空间电荷层对电解质稳定性的影响机制均缺乏系统研究。本论文在这一领域开展了一些初步探索,希望可以为PEO基固态电解质在高能量密度锂金属电池中的应用提供新的解决思路。 |
语种 | 中文 |
源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60905] ![]() |
推荐引用方式 GB/T 7714 | 张琪鹏. 锂金属电池固态电解质/高压正极界面调控[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2021. |
入库方式: OAI收割
来源:过程工程研究所
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