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PEI-PEO基全固态电解质的电化学性能研究

作　者: 王淑堂
导　师: 顾大明
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 无机化学
关键词: 全固态复合聚合物电解质 PEO PEI LiNi0.80Co0.14Al0.06O2 柠檬酸
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


全固态聚合物电解质是锂电池技术发展的关键材料之一和研究热点。本文采用溶液浇铸法,选用聚环氧乙烷(PEO)与聚乙烯亚胺(PEI)共混作为基体,高氯酸锂(LiC1O4)作电解质盐,LiNi0.80Co0.14Al0.06O2(NCA)、Al2O3、SiO2等为无机添加剂,柠檬酸(CA)、酒石酸等有机酸为辅助添加剂,制备了全固态复合聚合物电解质(Composite Solid Polymer Electrolyte, CSPE)膜材料,考察了无机添加剂种类及含量、辅助添加剂种类及含量、锂盐的含量、温度等因素对全固态复合聚合物电解质膜材料电化学性能的影响,并对其导电机理进行了初步探讨。利用XRD、FTIR、SEM、交流阻抗、线性扫描伏安法、计时电流法等手段对电解质膜的晶体结构、微观形貌、结构组成、离子电导率、电化学稳定窗口、离子迁移数等进行了表征。XRD测试表明,无机添加剂NCA的加入降低了PEI-PEO共混基体的结晶度,有利于CSPE膜离子电导率的提高;FTIR测试表明,添加NCA降低了体系的结晶度,这与XRD测试结果相吻合;SEM测试表明,加入NCA使CSPE膜材料更加致密和平整,有利于减小界面电阻,提高离子电导率;线性扫描伏安测试表明,以柠檬酸和酒石酸为辅助添加剂的CSPE具有较宽的电化学稳定窗口,可达到5V左右,柠檬酸的添加量为2.5%(w/w%)时,体系电化学稳定性最好;交流阻抗测试表明,(PEI)0.2-(PEO)8-LiClO4-NCA(5.0%,w/w%)-CA(5.0%,w/w%)体系CSPE的具有较高的离子电导率,可达到8.39×10-3S/cm(25℃);计时电流测试表明,(PEI)0.2-(PEO)8-LiClO4-CA(2.5%,w/w%)-NCA(5.0%,w/w%)体系CSPE的离子迁移数可以达到0.50。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-18
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 聚合物锂离子电池及其工作原理  9-10
  1.3 聚合物电解质的性能要求  10
  1.4 聚合物电解质发展概述  10-11
  1.5 聚合物电解质的分类及研究现状  11-14
    1.5.1 纯固态聚合物电解质(DSPE)  11
    1.5.2 凝胶型聚合物电解质(GSPE)  11-12
    1.5.3 多孔状聚合物电解质(PSPE)  12
    1.5.4 复合聚合物电解质(CSPE)  12-14
  1.6 无机复合聚合物电解质中无机添加剂的研究现状  14-16
  1.7 聚合物电解质的导电机理  16
  1.8 课题研究的意义和内容  16-18
第2章 实验材料和实验方法  18-24
  2.1 实验药品与仪器  18-19
  2.2 聚合物电解质的制备  19-20
  2.3 聚合物电解质的表征方法  20-24
    2.3.1 聚合物电解质离子电导率的测定  20-21
    2.3.2 离子迁移数的测试.  21-22
    2.3.3 电化学稳定窗口测试  22
    2.3.4 聚合物电解质电池的充放电测试  22
    2.3.5 XRD测试  22
    2.3.6 FTIR测试  22-23
    2.3.7 SEM测试  23-24
第3章 PEI-PEO基CSPE的结构分析与形貌观察  24-33
  3.1 引言  24
  3.2 FTIR测试  24-27
    3.2.1 聚合物电解质的红外光谱测定  25
    3.2.2 高氯酸锂对CSPE膜材料红外光谱的影响  25-26
    3.2.3 NCA对CSPE膜材料红外光谱的影响  26-27
  3.3 XRD测试  27-29
  3.4 SEM测试  29-31
  3.5 小结  31-33
第4章 PEI-PEO基CSPE的电化学性能研究  33-48
  4.1 引言  33
  4.2 离子电导率测试  33-40
    4.2.1 无机添加剂对离子电导率的影响  33-34
    4.2.2 LiNi_(0.80)Co_(0.14)Al_(0.06)O_2 含量对离子电导率的影响  34-35
    4.2.3 辅助添加剂对离子电导率的影响  35-36
    4.2.4 高氯酸锂(LiClO_4)含量对离子电导率的影响  36-37
    4.2.5 环境温度对离子电导率的影响  37-40
    4.2.6 CSPE的导电增强机理探讨  40
  4.3 交流阻抗测试  40-42
    4.3.1 添加不同辅助添加剂的CSPE交流阻抗图谱分析  40-41
    4.3.2 添加不同无机添加剂的CSPE体系的交流阻抗图谱分析  41-42
  4.4 电化学稳定窗口测试  42-45
    4.4.1 无机添加剂对CSPE膜材料电化学稳定窗口的影响  42-43
    4.4.2 NCA添加量对CSPE膜材料电化学稳定窗口的影响  43-44
    4.4.3 不同辅助添加剂对CSPE膜材料电化学稳定窗口的影响  44-45
  4.5 CSPE的离子迁移数测试  45-46
  4.6 电池充放电测试  46
  4.7 小结  46-48
结论  48-49
参考文献  49-53
攻读学位期间发表的学术论文  53-55
致谢  55

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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