自修复聚硅氧烷对锂硫电池储能特性的影响

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1、硕士学位论文自修复聚硅氧烷对锂硫电池储能特性的影响EFFECTOFSELF-HEALINGPOLYSILOXANEONENERGYSTORAGECHARACTERISTICSOFLITHIUM-SULFURBATTERIES崔西明哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O647.5学校代码：10213国际图书分类号：544.7密级：公开工学硕士学位论文自修复聚硅氧烷对锂硫电池储能特性的影响硕士研究生：崔西明导师：潘钦敏教授申请学位：工学硕士学科：化学工程与技术所在单位：化工与化学学院答辩日期：2018年6月授予学位

2、单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O647.5U.D.C.:544.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringEFFECTOFSELF-HEALINGPOLYSILOXANEONENERGYSTORAGECHARACTERISTICSOFLITHIUM-SULFURBATTERIESCandidate:XimingCuiSupervisor:Prof.QinminPanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineering

3、Specialty:ChemicalEngineeringAffiliation:SchoolofChemicalEngineeringandChemistryDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要锂硫电池理论比能量为2600Wh/kg，与其他锂离子电池相比，其优势在于能量密度高、成本低、对环境污染小。但锂硫电池仍存在一些不足，如负极材料枝晶化所引起的安全问题，正极

4、材料硫体积膨胀所导致的容量损失问题等，这些问题严重制约了锂硫电池的实际应用。为了解决锂硫电池充放电过程中锂负极的锂枝晶问题和硫正极的体积膨胀问题，本文通过将自修复聚硅氧烷引入负极的固体电解质相界面膜（SEI膜）中来抑制锂枝晶，同时利用自修复聚硅氧烷做粘结剂来缓解正极硫的体积膨胀引起的硫脱落。首先在锂沉积过程中采用原位生成的方法将SEI膜沉积到含有自修复的聚硅氧烷涂层的铜箔表面，得到了稳定的锂金属负极。自修复聚硅氧烷网络使生成的SEI层能够随时适应锂沉积过程中体积的变化，且能在锂枝晶刺穿后自修复，以此来抑制锂枝晶产生，减

5、少电极与电解液不利反应。得到的锂负极具有良好的循环稳定性。将此电极应用于Li/LiFePO4电池时,循环300次后放电容量仍保持有99%，库仑效率能达到99.5%。接下来将自修复聚硅氧烷作为粘结剂代替传统的PVDF粘结剂来解决锂硫电池正极材料硫的体积膨胀问题。由于聚硅氧烷具有优良的拉伸性能和自修复性能，使其能够适应锂硫电池充放电循环过程中正极活性物质的体积变化，保证了正极活性物质在充放电循环过程中与集流体的良好接触，避免了活性物质脱落，从而抑制了多硫化物穿梭效应，减少了容量损失。将自修复聚硅氧烷作为粘结剂所得到的电池充

6、放电100次后，放电比容量仍有820mAh/g，表明将自修复聚硅氧烷作为粘结剂代替传统的PVDF粘结剂来解决锂硫电池正极材料硫的体积膨胀问题是可行的。关键词：自修复；锂硫电池；锂负极；SEI膜；体积膨胀；循环稳定性I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThetheoreticalspecificenergyoflithium-sulfurbatteriesis2600Wh/kg.Comparedwithotherlithium-ionbatteries,itsadvantagesarehighenergyde

7、nsity,lowcost,andlowenvironmentalpollution.However,therearestillsomedeficienciesinlithium-sulfurbatteries,suchasthesafetyproblemscausedbythedendriteofthenegativematerials,thecapacitylosscausedbythevolumeexpansionofthecathodematerials,etc.Theseproblemsseverelyres

8、trictthepracticalapplicationoflithium-sulfurbatteries.Inordertosolvethelithiumdendriteproblemoflithiumnegativeelectrodeandthevolumeexpansionproblemofsulfurpositiveele