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离子液体凝胶聚合物电解质高温性能研究

作　者: 邢东军
导　师: 杨培霞
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 锂离子电池 离子液体凝胶聚合物电解质 高温
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


锂离子电池作为目前世界上最先进的二次电池产品，目前广泛应用于各种便携电子设备、移动通讯、航空航天等领域。电解质和隔膜作为电池中不可或缺的一部分，其好坏性能直接影响着电池的性能。锂电池中常用的有机电解质在滥用条件下产生的安全问题限制了其应用范围。离子液体作为电解质具有着不挥发、不可燃、电导率高、电化学稳定窗口宽等优点，离子液体聚合物电解质结合离子液体和聚合物的优点，有望解决有机电解质在电池中的安全隐患。本文制备了PP13TFSI、PY14TFSI两种离子液体,并进一步合成了PP13TFSI/P（VdF-HFP）/LiTFSI、PY14TFSI/P（VdF-HFP）/LiTFSI离子液体凝胶聚合物电解质。测量了其在不同温度下的各种物理化学性能，两种离子液体聚合物电解质的热稳定性均优于有机电解质，常温下其电导率接近10-3数量级，电化学窗口稳定在05V。之后将两种离子液体凝胶聚合物电解质应用于常用正极材料LiFePO4，组装半电池测试了其在不同温度下的循环伏安曲线、电池充放电性能。循环伏安曲线表明电池的稳定性非常好，嵌入/脱出电压在3.2V、3.8V左右，并且不随温度的变化而变化。0.2C倍率时电池的各方面性能都是最好的，温度对其的影响也是最小的。0.5C倍率时电池性能有所下降并受到温度的影响。1C倍率下电池受温度影响最大衰减最厉害。初步探讨高温条件下电池性能受到的影响因素。活性物质LiFePO4受到高温和水的影响，表面出现颗粒半径增大的现象。铝集流体在高温下受到水和TFSI-的影响，表面腐蚀非常严重。锂片表面形成一层黑色物质，推测是LiF的产生。而离子液体聚合物电解质膜受到的影响不大。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-18
  1.1 课题研究的目的和意义  8
  1.2 锂离子电池的发展概述  8-9
  1.3 聚合物电解质在电池中的发展现状  9-14
    1.3.1 聚合物电解质的简介  9-11
    1.3.2 全固态聚合物电解质的发展现状  11
    1.3.3 凝胶态聚合物电解质的发展现状  11-14
  1.4 离子液体聚合物电解质在电池中的发展现状  14-17
    1.4.1 离子液体的简介  14
    1.4.2 离子液体作为电解液在电池中的发展现状  14-15
    1.4.3 离子液体聚合物电解质在电池中的发展现状  15-17
  1.5 本文研究的主要内容  17-18
第2章 实验材料及测试方法  18-24
  2.1 实验药品和化学试剂  18
  2.2 实验仪器  18-19
  2.3 电解质的制备和电池组装  19-22
    2.3.1 离子液体的制备  19-20
    2.3.2 离子液体凝胶聚合物电解质的制备  20
    2.3.3 LiFePO_4正极的制备  20-21
    2.3.4 扣式电池的组装  21-22
  2.4 离子液体聚合物电解质膜的物理和电化学性能表征  22-24
    2.4.1 热稳定性性能表征  22
    2.4.2 电化学稳定窗口表征  22
    2.4.3 电导率表征  22
    2.4.4 循环伏安曲线的表征  22
    2.4.5 锂离子迁移数的表征  22-23
    2.4.6 电池充放电性能表征  23-24
第3章 离子液体凝胶聚合物电解质不同温度下的性质表征  24-37
  3.1 离子液体凝胶聚合物电解质膜的物理性能表征  24-27
    3.1.1 离子液体凝胶聚合物电解质膜的表面形貌  24-26
    3.1.2 离子液体凝胶聚合物电解质膜的热稳定性  26-27
  3.2 离子液体凝胶聚合物电解质膜的电化学性质  27-36
    3.2.1 不同温度下离子液体凝胶聚合物电解质膜的电导率  27-29
    3.2.2 不同温度下离子液体凝胶聚合物电解质膜的电化学窗口  29-30
    3.2.3 不同温度下离子液体凝胶聚合物电解质膜的锂离子迁移数  30-36
  3.3 本章小结  36-37
第4章 离子液体凝胶聚合物电解质在不同温度下 Li/LiFePO_4半电池中的应用  37-60
  4.1 20℃下两种电解质在 Li/LiFePO_4半电池中的应用  37-43
    4.1.1 20℃下两种电解质在 Li/LiFePO_4半电池中循环伏安曲线  37-38
    4.1.2 20℃下两种电解质在 Li/LiFePO_4半电池中的循环性能  38-43
  4.2 40℃下两种电解质在 Li/LiFePO_4半电池中的性能  43-48
    4.2.1 40℃下两种电解质在 Li/LiFePO_4半电池中的循环伏安曲线  43-44
    4.2.2 40℃下两种电解质在 Li/LiFePO_4半电池中的循环性能  44-48
  4.3 60℃下两种电解质在 Li/LiFePO_4半电池中的性能  48-52
    4.3.1 60℃下两种电解质在 Li/LiFePO_4半电池中的循环伏安曲线  48-49
    4.3.2 60℃下两种电解质在 Li/LiFePO_4半电池中的循环性能  49-52
  4.4 80℃下两种电解质在 Li/LiFePO_4半电池中的循环性能  52-56
  4.5 电池高温衰减机制初步探讨  56-59
    4.5.1 正极活性物质 LiFePO_4受到的影响  56-57
    4.5.2 铝集流体受到的影响  57-58
    4.5.3 锂片和电解质受到的影响  58-59
  4.6 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-68
致谢  68

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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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