纳米陶瓷提高聚合物电解质离子电导率的研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

锂离子电池以其能量密度高、循环寿命长、工作电压稳定、自放电率低、无记忆效应、可快速充放电和环境友好等诸多优点得到广泛的应用。然而,由于此类锂离子电池含液态电解质,要求必须使用可密封的金属外壳,金属外壳降低了电池的比能量,尤其是多个单体组成的大电池组时更为明显。其次,锂离子电池在过载时需要排气阀,降低其因过热产生的内压。而锂离子电池使用的液态电解质是极易燃烧的,如果电池阀打开,液态电解质溢出,当电池周围环境过热时,排出的液态电解质就可能燃烧。因此传统的锂离子电池具有有毒性、易挥发、易燃、易爆等缺点,有重大的安全隐患[1,2]。与传统的液态电解质锂离子电池相比,全固态锂电池在电池能量密度、倍率性能、工作温度区间、循环寿命等方面均有较大的提升空间,是锂二次电池的重要发展方向。

由于电池中没有流动性的液态电解液,可以实施高密度堆叠和内串联,因而便于实现高体积能量密度和高电压输出。同时,固态电解质的使用允许直接采用锂金属作为负极,在电池质量能量密度方面也可以得到大幅提升。另外,采用固态电解质可大大减少电池中的可燃成分,使电池的安全性能得到极大改善。[3]

要想具备上述优势的固态电解质,应满足以下几个方面的要求:(1)具有高离子电导率。液态电解质在室温下的离子电导率大约为10-2 s·cm-1,而固态电解质则往往要远小于这个值,大部分的固态电解质仅是液态电解质的千分之一甚至更少,而一般认为其离子电导率至少要达到10-4 s·cm-1才能被考虑在电池中使用;[4](2)不与金属锂反应,且能保持界面化学稳定;(3)电化学性能稳定,不与正极材料发生反应,尤其是具有较强氧化性的正极材料;[3](4)力学性能良好。易加工,能承受一定的机械压力,且能阻止锂枝晶穿透;(5)热学性能良好。固态电解质的工作温度区间要稳定,不易受热老化、分解。

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2. 研究的基本内容与方案

因此,本实验以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)为聚合物[2],liclo4为锂盐先制备spe(solid polymerelectrolytes),再添加纳米陶瓷电解质li6.4la3zr1.4ta0.6o12(llzto)制备cpe(composite polymerelectrolytes),通过测量spe和cpe的离子电导率及其它电化学数据,系统探究llzto对pvdf-hfp离子电导率的影响。

一、材料制备

①spe制备

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3. 研究计划与安排

1、第1-2周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需条件。确定方案,完成开题报告。

2、第3-14周:按研究方案开展实验,并结合实际情况进行优化和改进;

3、第15周:整理实验数据,完成并修改毕业论文。

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4. 参考文献(12篇以上)

参考文献

[1] john b. goodenough* and kyu-sungpark. the li-ion rechargeable battery:a perspective[j].journal of the american chemical society,2013,135(4):1167-1176.

[2] 王占良. 锂离子电池用聚合物电解质应用基础研究[d]. 天津大学, 2003.

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