论文题目: 金属—水固态电池研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 物理化学
作者: 刘景东
导师: 王文继
关键词: 固态电池,一次电池,聚甲基丙烯酸,锂离子电池,二氧化铈
文献来源: 福州大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本论文共分四个部分: 第一部分为背景材料与综述。概述粘土矿物快离子导体及其在固态电池中的应用的研究成果,同时介绍聚合物凝胶电解质的最新研究成果,锂水电池、锂离子电池及锂离子电池正极材料研究概况。第二部分为含水的固体电解质研究。主要介绍两类含水固体电解质的研究,第一类为以聚甲基丙烯酸为基的含水凝胶电解质,按自由基聚合方法制备聚甲基丙烯酸,用溶液浇注法制备电解质膜。新制的聚甲基丙烯酸室温电导率为1.63×10-7S.cm-1,含水量为19.2%,电导率会随着水分含量增加而增加,说明水分的存在会降低聚合物分子链之间的相互作用。聚甲基丙烯酸膜露置空气中会逐渐失去水分,使电导率降低。往聚甲基丙烯酸膜中加入用自由基法合成的聚甲基丙烯酸锂,随重量比的增加,电导率先增大后减小,在重量比为Li-PMAA:PMAA=1:1时电导率达到最大。往聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸锂混合物中加入甘油,电导率先略微下降,后迅速上升,电解质膜呈现最大电导率时其组分为聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸锂和甘油,重量比为3:2:3,最大室温电导率为2.3×10-4S.cm-1。膜呈现固态。在凝胶膜中加入氧化铝,可增强凝胶膜的硬度,加入极少量氧化铝时,电导率上升,但重量百分数超过0.2%时,电导率下降。交流阻抗谱测试表明,凝胶膜中含有硬段微区和软段微区,硬段微区电阻和软段微区的电阻都随水分的增多而减小。以石墨为电极的稳态极化曲线测试表明,凝胶膜中的H+能在石墨表面放电,生成氢气,该过程相当于电解水。凝胶膜电导率随温度变化的曲线表明,凝胶膜的电导率在62℃时呈现最大值,说明水分子在凝胶膜的导电过程中起重要作用;甘油对氢离子导电也起帮助作用,因为它能减弱聚合物分子链间的相互作用。凝胶膜的平衡电位是-90mV,交换电流密度0.7μA/cm2,凝胶膜与石墨组成的电极是一个不可逆电极。凝胶膜的直流电导是2.25×10-7S.cm-1,凝胶膜的直流电导:交流电导<0.1%,说明凝胶膜是一种以离子导电为主的固体电解质膜。第二类含水固体电解质是聚甲基丙烯锂复合的蒙脱石固体电解质。聚甲基丙烯酸锂重量分数在50%以内,采用两种方法复合,一种是水溶液复合方法,另一
论文目录:
前言
摘要
第一部分 背景资料与论题综述
第一章 粘土矿物快离子导体的研究及应用
1 前言
2 最新研究成果
(1) 改性为Nasicon 型快离子导体
(2) 改型蒙脱石(Montmorillonite)为层状快离子导体
(3) 器件方面的应用研究
3 展望
第二章 聚合物固体电解质
2.1 导电机理及导电模型
2.2 与电极有良好相容性的聚合物电解质种类
2.3 聚膦嗪与锂的相容性
第三章 锂水电池
第四章 锂离子电池
第二部分 含水的固体电解质研究
第一章 聚甲基丙烯酸凝胶聚合物固体电解质研究
实验部分
1.1 聚甲基丙烯酸(PMAA)的制备
1.2 聚甲基丙烯酸锂(Li-PMAA)的制备
1.3 凝胶电解质膜的制备
1.4 电导率的测定
结果与讨论
2.1 PMAA 薄膜的性状与导电性能
2.2 添加盐对PMAA 薄膜导电性的影响
2.3 小分子添加剂丙三醇对PMAA 薄膜导电性的影响
2.4 无机添加剂α-Al_2O_3对PMAA 薄膜导电性的影响
2.5 使用溶剂对PMAA 薄膜导电性的影响
2.6 共混物与共聚物性质比较
2.7 凝胶膜的热分析
小结
第二章 含水的聚合物凝胶电解质膜电化学性能研究
实验部分
1.1 交联的凝胶聚合物膜的合成
1.2 交流阻抗谱测试
1.3 稳态极化曲线(I/E)的测试
1.4 循环伏安(CV)测试
1.5 热重-差热分析
结果与讨论
2.1 阻抗谱的等效电路
2.2 GPW 膜|石墨复合电极的电化学特性
2.3 GPW 中水的扩散
2.4 GPW 的分解电压
小结
第三章 大分子锂盐复合的蒙脱石离子导电性研究
实验部分
1.1 热复合蒙脱石的制备
1.2 水溶液复合蒙脱石的制备
1.3 离子电导率的测定
1.4 TG-DTA 测试
1.5 IR 谱分析
1.6 XRD 谱分析
结果与讨论
2.1 物相分析
2.2 热分析和红外光谱分析
2.3 离子导电性
2.4 吸收水分后复合蒙脱石电导率的变化
结论
第三部分 以水为氧化剂的固态电池研究
第一章 金属-水固态储备电池结构、放电原理
实验部分
2.1 电池制备方法
2.2 电池测试
结果与讨论
3.1 放电特性
3.2 负极反应
3.3 正极反应
3.4 阻抗特性
结论
第二章 全固态镁水电池
实验部分
2.1 制备方法
2.2 电池的组装
结果与讨论
3.1 影响放电性能的因素
3.2 镁表面膜的变化
3.3 电池的贮藏性能
3.4 以镁粉为电极的镁水电池性能
3.5 作为液晶电子表显示电源
结论
第三章 全固态锂水电池
实验部分
1.1 聚甲基丙烯酸-聚甲基丙烯酸锂-甘油的制备
1.2 交流阻抗分析
1.3 差热分析
1.4 分解电压的测定
1.5 固态电池的组装
2 结果与讨论
2.1 金属锂与 GPW 的反应
2.2 固态锂水电池的放电性能
2.3 改变电解质所组装电池的放电性能
2.4 电池结构的改进
3 结论
第四章 全固态锌水电池
实验部分
2.1 制备方法
2.2 电池的组装
结果与讨论
3.1 锌水电池放电性能
3.2 锌表面膜的变化
结论
第四部分 以二氧化铈为基的嵌入式化合物研究
实验部分
1.1 实验仪器和药品
1.2 LixCeO_2 的合成
1.3 掺锂CeO_2 的结构测定
1.4 掺锂CeO_2 电极测试
结果与讨论
2.1 掺锂CeO_2 的相组成及结构参数
2.2 合成过程的变化
2.3 以Li_xCeO_2 为正极的试验电池充放电性能
结论
总结与展望
参考文献
博士期间已发表和待发表的论文
致谢
发布时间: 2005-10-10
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