多孔二氧化硅复合固态电解质的制备与性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

由于经济与科技的进步,以及人类对于能源的需求与环境的影响,使得绿色清洁能源的发展获得了全世界广泛的关注。而电池技术作为绿色清洁能源发展的关键节点,也具有十分重要的研究意义。锂离子电池由于其理论比容量大,易于制作生产,成本合理,绿色环保从而得到了市场的青睐。目前市场上绝大部分的蓄电池都是锂离子电池。

自从上世纪90年代由john·b·goodenough发明了锂离子电池以来,商用锂离子电池的电解质主要均为液态,常以有机液体,如乙醚、乙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯等作为溶剂,以lipf6、liclo4等作为溶质来完成锂离子的传导。这种液态电解质的优点在于生产成本低,易于塑形,离子电导率高。但是电池在充电时,锂离子电池在阳极表面沉积会产生枝晶,枝晶过长折断会导致活性物质损失,从而降低电池容量。且若枝晶刺穿离子膜,则会导致短路,甚至引发火灾爆炸。这在液态电解质当中是不可控的。并且由于液态电解质使用有机液体作为溶剂,本身即有易燃易爆缺陷。液态电解质还有着机械强度低,易损坏的缺点。以上缺陷在电池越做越轻薄,人们对于电器越来越重视的今天,成为了锂离子电池发展的关键掣肘。

固态电解质是将锂离子电池中的有机液体换成固态物质进行离子传导。由于固态电解质本身具有一定的机械强度,因此能提高电池的抗机械冲击能力,还可以抑制在阳极-电解质界面上的枝晶生长,从而延长电池的循环使用寿命,并大幅提升电池的安全性。固态电解质可以选用低可燃性的物质,进一步减少火灾的发生率。目前主流的固态电解质可分为无机、有机、复合三种材质。无机固态电解质采用陶瓷进行导电,有抗枝晶生长能力强的优点,同时有生产难度高,离子电导率低,脆弱的缺点。有机固态电解质采用peo、peg等有机聚合物进行导电。相比陶瓷固态电解质,其易于生产加工,但机械强度较低,且也有离子电导率低的特点。复合固态电解质是将有机和无机材料进行复合,得到综合了两方优点的固态电解质。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:通过高温烧制制备多孔sio2材料,并探索研究复合sio2与peg的方法,制成sio2-peg复合电解质材料。

材料表征:通过tem、sem、bet测试对多孔sio2的形貌以及比表面积进行测试评估,通过tg-dsc和cv测试对sio2-peg复合电解质的组成和电化学性质进行测试评估。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究方法、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-7周:按照设计方案,制备多孔sio2-peg凝胶类固态电解质。

第8-12周:采用xrd、fe-sem、tg-dsc、bet、cv等测试技术对材料的物相、显微结构、电化学性能进行测试。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] lei fan, shuya wei, siyuan li, qi li, yingying lu. recent progress of the solid‐state electrolytes for high‐energy metal‐based batteries#8194;[j]. advanced energy materials, 2018, 8(11).

[2] xinzhi chen, wenjun he, liang-xin ding, suqing wang, haihui wang. enhancing interfacial contact in all solid state batteries with a cathode-supported solid electrolyte membrane framework [j]. energy amp;environmental science, 2019.

[3] jianwen liang, xiaona li, yang zhao, lyudmila v. goncharova, gongming wang, keegan r. adair, changhong wang, ruying li, yongchun zhu, yitai qian, li zhang, rong yang, shigang lu, xueliang sun, in situ li3ps4 solid-state electrolyte protection layers for superior long-life and high-rate lithium-metal anodes [j]. advanced materials, 2018, 30(45).

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