锂离子电池固态电解质和负极材料的研究

浙江大学理学院硕士学位论文锂离子电池固态电解质和负极材料的研究姓名：沈宸申请学位级别：硕士专业：化学指导教师：王建明20100101锂离子电池固态电解质和负极材料的研究作者：沈宸学位授予单位：浙江大学理学院相似文献(10条)1.会议论文李宁.何向明.王莉.姜长印.万春荣超支化聚合物在锂离子电池固态电解质中的应用2006本文对超支化聚合物在锂离子电池固态电解质中的应用进行了探讨。文章指出，超支化聚合物比同类线性分子差，很难作为电解质主要基体，很难独自应用。要改善以上状况，有两种途径可供选择，一是将超支化聚合物作为核引发第二单体的聚合进行接枝，二是在超支化大分子上引入不饱和基团，再进一步引发聚合，实现扩链。2.期刊论文杨书廷.陈红军.董红玉.贾俊华.曹朝霞新型聚合物固体电解质的红外光谱研究-光谱学与光谱分析2004,24(4)采用微波热交联技术制备出了多孔状的聚偏氟乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯(PVDF/PMMA)共混的聚合物固体电解质薄膜材料,电性能测试表明该固体电解质薄膜在室温下的电导率可达到2.05×10-3S*cm-1,并具有良好的机械性能.用红外光谱对该膜进行了分析,结果表明在聚合物固态电解质中的PVDF,PMMA,LiClO4和γ-丁内指(BL)之间并不是简单的混合,而是存在着某种相互作用,并且这种作用只有在生成聚合物固态电解质时,才明显地得到了加强.3.学位论文马莉DSSC中PVDF/PMMA基准固态电解质的制备与性能表征2008长期以来，在染料敏化太阳能电池中主要使用的是液态电解质。由于液态电解质存在不稳定、易挥发、易降解、密封难等缺点，使得染料敏化太阳能电池一直难以实用。用全固态电解质做出来的太阳能电池效率较低，准固态电解质成为是这一领域研究的热点。本文使用了锂离子电池中常用的准固态电解质的制备方法制备了聚偏氟乙烯（PVDF）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）共混基准固态电解质。运用扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（FTIR）、四探针电导率测试、电化学工作站等手段，分析并测试了电解质的成分、微观形貌、电导率及伏安曲线，并研究了PVDF和PMMA共混比例、丙三醇、纳米TiO2粒子等对于电解质性能的影响。最后，将几种聚合物薄膜电解质组装成染料敏化太阳能电池，测试其性能。研究结果表明：PVDF和PMMA的最优共混比例为6:4；丙三醇和纳米粒子的加入的提高了电解质的导电性能。其中丙三醇的加入使得电解质薄膜呈多孔结构，有利于电解质中离子的扩散，显著的提高了电解质的电导率。PVDF/PMMA/丙三醇（1500mg）基聚合物薄膜电解质组装的太阳能电池性能最好。开路电压为0.60V，短路电流为1.1mA。4.期刊论文张仁刚.赵世玺.周振平.夏君磊.刘韩星锂离子电池电解质的最新研究进展-功能材料2002,33(2)综述了近几年来电解质(即液态电解质和固态电解质)的研究进展,主要是介绍如何提高液态电解质的性能和固态电解质的性能.对液态电解质主要是电化学稳定性的提高,而对固态电解质则包括对离子电导率、电化学稳定、机械性能等的提高.虽然在锂离子电池中,对电池性能起决定作用的是电极材料,但只有对正、负极匹配合适的和性能好的电解质才能达到对锂离子电池性能的优化和提高.因而电解质性能的好坏对锂离子电池的性能有重要的影响.5.学位论文刘宇先进嵌锂材料的研究与应用2003由于高比能量密度的优势,可充锂离子电池在世界范围内引发了广泛的兴趣.该课题的立意在于寻求新型低嵌锂电位的电极材料,并考察其在二次锂离子电池中实用的可能性.课题的主要内容包括:1)制备及研究基于液态电解质体系的碳/合金复合电极材料;2)研究基于固体聚合物PEO电解质中嵌锂复合负极及相关全固态可充锂离子电池的电化学性能.XRD和SEM表明制备的碳/合金复合材料由亚微米尺寸的锡(锡合金)颗粒,高度均匀地沉积分布在碳类载体的表面或孔隙中形成.电化学循环测试表明制备的复合材料具有较高嵌锂容量和改善的机械稳定性.制备含Sn量为22﹪的Sn/CMS复合材料初始容量428mAhg'-1,经过50次循环后容量维持率为91﹪.复合材料的电化学性能强烈地依赖于沉积金属(锡,锡合金)的成分,含量,以及所用碳载体的种类等.影响具有嵌锂体积效应的嵌入式复合电极(如SnSb-Li,2.6Co,0.4N,SiO,1.1-Li,2.6Co,0.4N等)在PEO固态电解质中电化学性能的主要因素,是电极在嵌脱锂过程中的机械稳定性,以及电极/电解质界面的兼容性.其电化学性能可以通过优化电极成分,复合电极的制备方式,电极设计及相关工作温度,充放电制度等方式得以改善;Li,2.6Co,0.4N活性成分在PEO固态电解质体系存在高度的敏感;基于LiNo,0.8Co,0.2O,2与Li,2.6Co,0.4N-SnSb全固态电池,表现出可靠的安全性和高比能量密度110WhKg'-1;在PEO电解质中基于纳米粒径的SiO,1.1类氧化物的复合电极,电极/电解质界面的兼容性是影响其电化学性能的主要因素;通过调整嵌入式复合电极中的活性成分,以及提高电极中活性成分在相对高温状态下的电化学稳定性,电极/电解质界面兼容性,是该类复合电极在固态PEO电解质体系中改善其电化学稳定性能的有效手段.6.会议论文黄倩.王涛.严曼明.江志裕全氟代辛酸铵对提高锂离子电池碳负极可逆性和安全性能的研究锂离子电池碳负极表面固态电解质(SEI)膜的稳定性,是影响电池充放电效率、循环寿命、甚至安全性能的重要方面.本文主要研究了全氟代辛酸铵对锂离子电池碳负极可逆性和安全性能的提高.7.学位论文申万用于薄膜微电池的固态薄膜电解质和正极材料的制备和性能研究2006微电动机械系统(MEMS)、高速大容量计算机芯片、植入式医疗器件以及智能卡等的发展，要求可集成、高能量密度、可充电的新型能量载体。相比较于传统的电池，薄膜电池在能量密度上更具有优势，而且抗震抗摔抗高温，没有液态电解液的污染，可以很方便的利用现有的半导体工艺集成到芯片中去，因而近年来受到许多国家的重视。本论文采用磁控溅射的方法以0.5Li3PO4-0.5Li2SiO3为靶材，在N2气氛中制备了固态电解质LiSiPON薄膜。N的引入提高了体系的离子电导率，随着工作气压的增加，电解质薄膜中的N含量和离子电导率同步的增加，在溅射功率130W、N2气压为0.5Pa时，离子电导率达到1.27×10-5S/cm。本论文中制备的LiSiPON薄膜有非常好的电化学稳定窗口，可以稳定持久的工作于薄膜微电池中。本论文还研究了磁控溅射制备非晶结构的(Li0.5La0.5)TiO3(LLTO)电解质薄膜。当沉积温度升高时离子电导率也相应的获得提高。在沉积温度为400℃时，LLTO电解质薄膜的离子电导率达到了8.7×10-6S/cm，是一种很有潜力的应用于全固态薄膜锂离子电池的电解质材料。本论文还对磁控溅射制备的LiCoO2薄膜正极材料的电化学性质进行了研究。提高溅射功率和施加偏压有助于提高LiCoO2薄膜正极材料的容量密度和循环性能，功率的增加使得LiCoO2薄膜(101)和(104)方向的晶化程度加大，在溅射功率为200W的时候，放电过程的容量密度达到了47μAh/cm2μm，并且在循环50个周期后容量只衰减了20％。增加偏压可以增大初始放电容量密度，当偏压为-90V时，放电容量密度达到55μAh/cm2μm。增加偏压显著改善了LiCoO2正极薄膜的循环性能，在偏压为-90V的时候循环50个周期后容量只衰减了23％，显示了良好的循环性能。8.期刊论文田春霞纳米材料在锂离子电池中的应用进展-稀有金属2002,26(5)介绍了纳米材料在锂离子电池中的应用及进展情况.主要介绍了在锂离子电池中用作阴极材料的锰钡矿型MnO2纳米纤维、聚吡咯包覆尖晶石型LiMn2O4纳米管、聚吡咯/V2O5纳米复合材料,用作阳极材料的碳纳米管、纳米掺杂碳材料、纳米二氧化锡,用作固态电解质的纳米填料修饰聚氧乙烯基复合材料等几种新型纳米化学电源材料的制备、结构、形貌以及电化学性质.9.学位论文邢光建固态薄膜锂离子电池材料的研究2005微电动机械系统(MEMS)、高速大容量计算机芯片、植入式医疗器件以及智能卡等的发展，要求可集成、高能量密度、可充电的新型能量载体。相比较于传统的电池，薄膜锂离子电池在能量密度上更具有优势，而且没有液态电解液的污染，因而近年来受到许多国家的重视。利用磁控溅射方法在硅片及不锈钢片上沉积了LiCoO2薄膜，研究了溅射功率、退火温度等工艺条件对LiCoO2薄膜结构、成分及充放电性能的影响，结果表明随着溅射功率的增加使得LiCoO2薄膜晶化程度加大，放电过程的容量达到了31.0μAh/cm2μm，并且在循环50个周期后容量衰减很小，显示了良好的循环性能。对沉积的LiCoO2薄膜进行了不同温度的退火处理，随着退火温度的增加，薄膜的衍射峰逐步增强并且峰宽细化，退火至700℃后，薄膜的结晶性能得到改善，具有完整的LiCoO2相。未经退火的薄膜放电容量较小，并且没有出现放电平台，随着退火温度的增加，放电容量逐步增大。经700℃退火后LiCoO2薄膜的容量达到一个较好的数值，47μAh/cm2μm。针对电解质薄膜，分别开展了LiSiPON、LiPON电解质薄膜的制备及性能研究，分别用XRD、SEM、XPS及交流阻抗测试等手段对电解质薄膜的结构、成分及电化学性能进行了分析。通过磁控溅射方法在不同的工作气氛中制备了不同组分的LiPO及LiPON电解质薄膜，不同的工作气体对薄膜的组分及离子电导率有极大的影响。在纯Ar条件下，薄膜中的O含量小于其块体材料，离子电导率小，在O2+Ar混合气体条件下，薄膜中的O含量增加，其离子电导率比纯Ar条件下的有所增大，并且随着薄膜中O含量的增加离子电导率增大。利用N2取代O2，薄膜中进入N元素，使得薄膜的离子电导率再次增加，在纯N2条件下，薄膜的N含量达到最大值，其离子电导率也达到最大值10.43×10-7Scm-1。以xLi3PO4-1-xLi2SiO3为靶材，采用磁控溅射的方法在N2气氛中制备了固态电解质LiSiPON薄膜。N的引入提高了旧有体系的离子电导率，随着工作气压的增加，电解质薄膜中的N含量和离子电导率同步的增加，在溅射功率130W、N2气压为0.53Pa时，离子电导率达到10.4×10-6S/cm。对LiSiPON电解质薄膜与Pt的分解压检测结果显示，LiSiPON薄膜有非常好的电化学稳定窗口，接近6V左右，可以稳定持久的工作于薄膜锂电池中。利用反应磁控溅射的方法通过控制不同的氧分压得到了不同氧含量的SnOx负极薄膜，对其进行了XRD、SEM、XPS等表征，并对不同氧含量的SnOx薄膜进行了电化学性能测试。结果表明在氧分压较低的情况下得到的SnOx薄膜具有较多的金属Sn成分，随着氧分压的逐步增加，SnOx化学计量接近于标准的SnO2。氧含量对SnOx薄膜的充放电性能和循环性能影响极大，SnO108薄膜具有较高的首次放电容量，但是其衰减迅速；相对于其他成分，SnO1.56薄膜具有最大的可逆容量——512μAh/cm2μm和较小的不可逆容量287μAh/cm2μm，表现出了较好的综合性能。10.期刊论文黄倩.严曼明.江志裕.HUANGQian.YANMan-Ming.JIANGZhi-Yu新型添加剂全氟辛酸铵对提高锂离子电池安全性能的研究-化学学报2008,66(1)报导可显著提高锂离子电池安全性的新型电解液添加剂全氟辛酸铵(APC).UL94可燃性试验显示添加0.70wt%APC能使有机电解液的火焰传播速率下降33%.差示扫描量热法(DSC)测试表明APC显著减弱了嵌锂碳电极和电解液之问的放热反应,并将其热不稳定温度由138.0℃提高到167.5℃.交流阻抗检测显示APC的加入明显降低了碳材料电极的界面阻抗,并且提高了在储存过程中其固态电解质界面(SEI)层的稳定性.添加APC还能有效地提高Li/MCMB电池充放电循环性能和库仑效率.本文链接：ht