本文主要研究内容
作者敖小虎（2019）在《用于锂离子电池的有机无机杂化全固态聚合物电解质》一文中研究指出：在能源危机、环境污染、气候变暖等全球问题日益凸显的时代,发展具有绿色环保、高能量密度等优势的锂离子电池,对促进能源结构调整和可持续发展具有重要意义。目前商用液态电解质存在诸多限制,为了追求更好的安全性能和更高的能量密度,迫切需要研究全固态电解质。聚合物基全固态电解质具有柔性、与电极相容性好、易成型等优势,适于商业化应用,但存在离子电导率较低等问题。本论文设计制备了一系列有机无机杂化全固态聚合物电解质,通过红外光谱、扫描电镜、差示扫描量热等方法表征了电解质的结构与热学性质,运用电化学阻抗谱、线性扫描伏安法等方法研究了电解质的电化学性质,并通过恒电流充放电实验探究了电解质在磷酸铁锂/锂全固态电池中的应用。我们将具有中空纳米管状结构的天然粘土埃洛石（HNT）,与甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯（mPEGA）复合,通过紫外光引发mPEGA聚合,制备了纳米粘土原位复合梳形聚合物固态电解质（HCPE）。引入柔性的PEG支链与纳米管,抑制了大分子链的结晶,得到无定形的HCPE,其玻璃化温度低至-48.6℃,利于Li+传输。HNT带负电荷的外表面与Li+相互作用,且较长的HNT可联通不同的侧链PEG,形成导通离子的网络;HNT带正电荷的内表面可与阴离子相互作用,减弱阴离子对Li+的作用,提高Li+的运动性。因而在6 wt%HNT添加量、CH2CH2O（来自PEG支链）与Li+摩尔比为18/1的体系中,HCPE的室温离子电导率达到5.62×10-5 S cm-1,60℃下达到3.89×10-4 S cm-1。同时,HCPE的电化学窗口高至5.28 V,锂离子迁移数为0.159。采用在锂金属电极上直接光固化制备电解质的方法,增强了电解质与电极的接触,HCPE表现出良好的对锂稳定性。由于具有较高的离子电导率,制备的基于HCPE的磷酸铁锂/锂全固态电池在30℃下即可发挥较高的容量,在0.1 C、0.2 C的电流密度下比容量分别为136.8、134.2 mAh g-1,且放电平台稳定在3.4 V;在0.2 C下循环充放电,首次库伦效率达到98.1%,循环150次比容量还有117.4 mAh g-1,容量保持率为84.9%。这表明制备的HCPE可应用于高性能全固态锂离子电池。进一步地,我们合成了一种金属有机框架ZIF-8,通过XRD、N2等温吸脱附、SEM对其结构进行表征,发现制备的ZIF-8晶型与理论一致,粒径在100-200 nm,孔径分布在5-20 nm,比表面积高达1174 m2g-1。将合成的ZIF-8与mPEGA复合,通过紫外光固化制备了MOF原位复合梳形聚合物固态电解质（MCPE）。ZIF-8的高比表面积、众多且有序的纳米孔增加了梳形聚合物与锂离子的相互作用位点,并增加了聚合物与ZIF-8粒子的相间体积,极大地促进了离子传输。对于使用5 wt%的ZIF-8、30 wt%的LiTFSI的体系,离子电导率达到最佳。MCPE的离子电导率在30℃下达到9.96×10-5 S cm-1,80℃下高达1.03×10-3 S cm-1,是未与ZIF-8复合的纯聚合物固态电解质的3.5倍。此外,在室温下,MCPE的电化学窗口高达5.42 V,锂离子迁移数为0.147,且具有良好的对锂稳定性。在30℃下,LiFePO4/MCPE/Li全固态电池在0.1 C、0.2 C的电流密度下比容量分别达到130.4、130.7 mAh g-1;在0.5 C下循环充放电150次,容量保持率高达88.8%,平均库伦效率达到99.9%。这表明基于MCPE的锂电池可以在接近室温的条件下以0.5 C稳定循环。本论文用两种不同结构的无机纳米填料分别与聚（甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯）原位复合,制备的有机无机杂化全固态聚合物电解质拥有较高的离子电导率与较宽的电化学窗口,用于锂离子全固态电池可获得较高的容量与较优的循环稳定性,为复合型全固态聚合物电解质的研究提供了借鉴意义。
Abstract
zai neng yuan wei ji 、huan jing wu ran 、qi hou bian nuan deng quan qiu wen ti ri yi tu xian de shi dai ,fa zhan ju you lu se huan bao 、gao neng liang mi du deng you shi de li li zi dian chi ,dui cu jin neng yuan jie gou diao zheng he ke chi xu fa zhan ju you chong yao yi yi 。mu qian shang yong ye tai dian jie zhi cun zai zhu duo xian zhi ,wei le zhui qiu geng hao de an quan xing neng he geng gao de neng liang mi du ,pai qie xu yao yan jiu quan gu tai dian jie zhi 。ju ge wu ji quan gu tai dian jie zhi ju you rou xing 、yu dian ji xiang rong xing hao 、yi cheng xing deng you shi ,kuo yu shang ye hua ying yong ,dan cun zai li zi dian dao lv jiao di deng wen ti 。ben lun wen she ji zhi bei le yi ji lie you ji mo ji za hua quan gu tai ju ge wu dian jie zhi ,tong guo gong wai guang pu 、sao miao dian jing 、cha shi sao miao liang re deng fang fa biao zheng le dian jie zhi de jie gou yu re xue xing zhi ,yun yong dian hua xue zu kang pu 、xian xing sao miao fu an fa deng fang fa yan jiu le dian jie zhi de dian hua xue xing zhi ,bing tong guo heng dian liu chong fang dian shi yan tan jiu le dian jie zhi zai lin suan tie li /li quan gu tai dian chi zhong de ying yong 。wo men jiang ju you zhong kong na mi guan zhuang jie gou de tian ran nian tu ai luo dan （HNT）,yu jia yang ji ju yi er chun bing xi suan zhi （mPEGA）fu ge ,tong guo zi wai guang yin fa mPEGAju ge ,zhi bei le na mi nian tu yuan wei fu ge shu xing ju ge wu gu tai dian jie zhi （HCPE）。yin ru rou xing de PEGzhi lian yu na mi guan ,yi zhi le da fen zi lian de jie jing ,de dao mo ding xing de HCPE,ji bo li hua wen du di zhi -48.6℃,li yu Li+chuan shu 。HNTdai fu dian he de wai biao mian yu Li+xiang hu zuo yong ,ju jiao chang de HNTke lian tong bu tong de ce lian PEG,xing cheng dao tong li zi de wang lao ;HNTdai zheng dian he de nei biao mian ke yu yin li zi xiang hu zuo yong ,jian ruo yin li zi dui Li+de zuo yong ,di gao Li+de yun dong xing 。yin er zai 6 wt%HNTtian jia liang 、CH2CH2O（lai zi PEGzhi lian ）yu Li+ma er bi wei 18/1de ti ji zhong ,HCPEde shi wen li zi dian dao lv da dao 5.62×10-5 S cm-1,60℃xia da dao 3.89×10-4 S cm-1。tong shi ,HCPEde dian hua xue chuang kou gao zhi 5.28 V,li li zi qian yi shu wei 0.159。cai yong zai li jin shu dian ji shang zhi jie guang gu hua zhi bei dian jie zhi de fang fa ,zeng jiang le dian jie zhi yu dian ji de jie chu ,HCPEbiao xian chu liang hao de dui li wen ding xing 。you yu ju you jiao gao de li zi dian dao lv ,zhi bei de ji yu HCPEde lin suan tie li /li quan gu tai dian chi zai 30℃xia ji ke fa hui jiao gao de rong liang ,zai 0.1 C、0.2 Cde dian liu mi du xia bi rong liang fen bie wei 136.8、134.2 mAh g-1,ju fang dian ping tai wen ding zai 3.4 V;zai 0.2 Cxia xun huan chong fang dian ,shou ci ku lun xiao lv da dao 98.1%,xun huan 150ci bi rong liang hai you 117.4 mAh g-1,rong liang bao chi lv wei 84.9%。zhe biao ming zhi bei de HCPEke ying yong yu gao xing neng quan gu tai li li zi dian chi 。jin yi bu de ,wo men ge cheng le yi chong jin shu you ji kuang jia ZIF-8,tong guo XRD、N2deng wen xi tuo fu 、SEMdui ji jie gou jin hang biao zheng ,fa xian zhi bei de ZIF-8jing xing yu li lun yi zhi ,li jing zai 100-200 nm,kong jing fen bu zai 5-20 nm,bi biao mian ji gao da 1174 m2g-1。jiang ge cheng de ZIF-8yu mPEGAfu ge ,tong guo zi wai guang gu hua zhi bei le MOFyuan wei fu ge shu xing ju ge wu gu tai dian jie zhi （MCPE）。ZIF-8de gao bi biao mian ji 、zhong duo ju you xu de na mi kong zeng jia le shu xing ju ge wu yu li li zi de xiang hu zuo yong wei dian ,bing zeng jia le ju ge wu yu ZIF-8li zi de xiang jian ti ji ,ji da de cu jin le li zi chuan shu 。dui yu shi yong 5 wt%de ZIF-8、30 wt%de LiTFSIde ti ji ,li zi dian dao lv da dao zui jia 。MCPEde li zi dian dao lv zai 30℃xia da dao 9.96×10-5 S cm-1,80℃xia gao da 1.03×10-3 S cm-1,shi wei yu ZIF-8fu ge de chun ju ge wu gu tai dian jie zhi de 3.5bei 。ci wai ,zai shi wen xia ,MCPEde dian hua xue chuang kou gao da 5.42 V,li li zi qian yi shu wei 0.147,ju ju you liang hao de dui li wen ding xing 。zai 30℃xia ,LiFePO4/MCPE/Liquan gu tai dian chi zai 0.1 C、0.2 Cde dian liu mi du xia bi rong liang fen bie da dao 130.4、130.7 mAh g-1;zai 0.5 Cxia xun huan chong fang dian 150ci ,rong liang bao chi lv gao da 88.8%,ping jun ku lun xiao lv da dao 99.9%。zhe biao ming ji yu MCPEde li dian chi ke yi zai jie jin shi wen de tiao jian xia yi 0.5 Cwen ding xun huan 。ben lun wen yong liang chong bu tong jie gou de mo ji na mi tian liao fen bie yu ju （jia yang ji ju yi er chun bing xi suan zhi ）yuan wei fu ge ,zhi bei de you ji mo ji za hua quan gu tai ju ge wu dian jie zhi yong you jiao gao de li zi dian dao lv yu jiao kuan de dian hua xue chuang kou ,yong yu li li zi quan gu tai dian chi ke huo de jiao gao de rong liang yu jiao you de xun huan wen ding xing ,wei fu ge xing quan gu tai ju ge wu dian jie zhi de yan jiu di gong le jie jian yi yi 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自华南理工大学的敖小虎，发表于刊物华南理工大学2019-10-23论文，是一篇关于锂离子电池论文,全固态电解质论文,梳形聚合物论文,纳米粘土论文,金属有机框架论文,原位复合论文,华南理工大学2019-10-23论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自华南理工大学2019-10-23论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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