锂离子电池凝胶聚合物电解质的改性研究
凝胶聚合物电解质(Gel Polymer Electrolytes，GPE)因兼具液态电解质的高离子电导率、固态电解质的高安全性，同时集隔膜与电解质功能于一体，成为当前高安全性、高可靠性锂离子电池的研究前沿与热点。然而，GPE在机械强度、热学稳定性、电化学性能等方面还需要进一步改善。本论文以PVDF-HFP基聚合物电解质为研究对象，首先研究了PMMA对PVDF-HFP聚合物电解质的共混改性;然后研究了无机纳米粒子对PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质的掺杂改性;最后研究了导锂材料对PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质的掺杂改性。主要研究结果如下: (1)研究了PMMA对PVDF-HFP聚合物电解质的共混改性。研究结果表明PMMA共混后，能显著改进PVDF-HFP聚合物电解质的电化学性能:当PMMA的共混量为50％时，PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质具有最优的性能，其吸液率为160％，室温离子电导率达到1.35×10-3S/cm;在0.2C倍率下，初始容量为143.6mAh/g，循环50次后容量保持率还能达到80％。 (2)研究了TiO2、SnO2、MoO3无机纳米粒子对PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质的掺杂改性。研究结果表明无机纳米粒子掺杂能显著提高聚合物电解质的性能:5 wt％ TiO2掺杂的复合聚合物电解质具有多孔且连续的网状结构，显著提高了其热稳定性;吸液率高达267％，离子电导率高达2.49×10-3S/cm，电化学稳定窗口达到4.75V，在0.2C、5C倍率下，电池容量分别为188.1、80.3mAh/g;5wt％ SnO2掺杂的复合聚合物电解质具有不规则的网状结构，吸液率高达193％，离子电导率达到1.52×10-3 S/cm，电化学稳定窗口达到5.25V，在0.2C、2C倍率下，电池容量分别为147.7、95.6mAh/g;5wt％ MoO3掺杂的复合聚合物电解质具有密集的小孔结构，吸液率高达232％，离子电导率达到1.83×10-3S/cm，电化学稳定窗口达到5.5V，在0.2C、2C倍率下，电池容量分别为173.5、100.7mAh/g。 (3)研究了导锂材料LiCoO2和LiMn2O4对聚合物电解质的掺杂改性。研究结果表明LiCoO2和LiMn2O4导锂材料掺杂能显著改进聚合物电解质的电化学性能:LiCoO2和LiMn2O4导锂材料掺杂后，离子电导率从掺杂前的1.35×10-3 S/cm分别提高到了1.64×10-3S/cm和1.90×10-3S/cm;电化学稳定窗口分别提高到了4.25V和5.25V;将其分别运用在“LiCoO2/Li”电池和“LiMn2O4/Li”电池中，电池的循环和倍率性能都得到了很好的改善。
锂离子电池;凝胶聚合物电解质;无机材料;掺杂改性
四川师范大学
硕士
无机化学
宋大余
2015
中文
TM911.3;TM242
79
2015-09-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）