锂离子电池用凝胶态聚合物电解质的制备及应用

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1、硕士学位论文锂离子电池用凝胶态聚合物电解质的制备及应用PREPARATIONANDAPPLICATIONOFGELPOLYMERELECTROLYTEFILMSFORLITHIUMIONBATTERIES唐际武哈尔滨工业大学2016年12月万方数据国内图书分类号:TM911.3学校代码:10213国际图书分类号:544.6密级:公开工程硕士学位论文锂离子电池用凝胶态聚合物电解质的制备及应用硕士研究生:唐际武导师:宋申华教授申请学位:工程硕士学科:材料工程所在单位:深圳研究生院答辩日期:2016年12月授予学位单位:哈尔滨工

2、业大学万方数据ClassifiedIndex:TM911.3U.D.C:544.6DissertationfortheMaster’sDegreeofEngineeringPREPARATIONANDAPPLICATIONOFGELPOLYMERELECTROLYTEFILMSFORLITHIUMIONBATTERIESCandidate:TangJiwuSupervisor:Prof.SongShenhuaAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:Mat

3、erialsEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:December,2016Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology万方数据摘要摘要锂离子电池具有循环寿命长、比能量高、稳定性好等显著优点，在便携式电子产品和电动汽车等领域都有良好的应用前景。但是，安全性问题一直是限制锂离子电池进一步发展的一个十分重要的制约因素。而传统液态锂离子电池安全问题的根源就在于锂离子电池内部含有易分

4、解和燃烧的有机电解液。因此，在近些年来，聚合物锂离子电池由于更好的安全性能受到了人们的广泛关注。发展聚合物锂离子电池的关键在于制备出综合性能良好的聚合物电解质。目前，有关于聚合物电解质的研究工作主要聚焦在凝胶态聚合物电解质。本文以聚合物PVdF-HFP为基体材料，LiBF4为添加的锂盐，通过溶液浇铸法制备不同锂盐含量的全固态聚合物电解质。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能拉力测试机、差示扫描量热仪、频率分析仪和电化学工作站等对制得的聚合物电解质薄膜进行各项性能的表征和分析。结果表明85PVdF-HFP:15LiBF4体

5、系具有较低的结晶度、较好的热学性能和较强的机械性能。不过，其离子电导率和电化学稳定窗口仍然较低。通过在85PVdF-HFP:15LiBF4体系中添加增塑剂碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯，改善其电化学性能，制备出凝胶态聚合物电解质。经过研究发现，增塑剂的加入会增加凝胶态聚合物电解质中非晶态的比例，降低其结晶度，同时也能够改善其显微组织结构，进而可以显著提高其电化学性能。当加入的增塑剂的含量为150%时，该聚合物电解质有最好的微孔结构和较低的结晶度。因此，增塑剂含量为150%的凝胶态聚合物电解质的室温离子电导率最高，为8.1×10-4

6、Scm-1，电化学稳定窗口也达到了4.4V。本文将增塑剂含量分别为100%、150%和200%的凝胶态聚合物电解质应用到扣式聚合物锂离子电池的组装中。然后将组装好的聚合物锂离子电池分别进行充放电性能测试。结果表明应用增塑剂含量为150%的凝胶态聚合物电解质组装成的聚合物锂离子电池展现出了最好的首次充放电容量和循环性能，其首次放电容量达到了165.1mAhg-1，在经过了100次恒流充放电循环后放电容量还有159.4mAhg-1，容量损失率仅为3.45%。另外，该扣式聚合物锂离子电池的充放电平台非常平坦，其充电平台电压为3.

7、48V，放电平台电压为3.38V。通过在不同倍率下的充放电测试，发现该聚合物锂离子电池-I-万方数据摘要展现出了很好的倍率充放电性能和循环性能，能够满足高倍率的充放电使用要求。关键词：锂离子电池；聚合物电解质；增塑剂；离子电导率-II-万方数据AbstractAbstractLithiumionbatterieshavemanyadvantages,suchaslongcyclelife,highspecificenergyandgoodelectrochemicalstability.Theyhavegoodapplic

8、ationprospectsinthefieldofportableelectronicproductsandelectricvehicle.However,thesecurityproblemhasbeenrestrictedthefurtherdevelopmentoflithiumionbatte