文档介绍：中国科学技术大学
博士学位论文
高安全性锂离子电池电解质研究
姓名:项宏发
申请学位级别:博士
专业:高分子化学与物理
指导教师:陈春华;葛学武
20091001
摘要容,并在新型的鷌ǖ绯靥逑抵校硐殖隽己玫挠τ们熬啊域也具有广阔的应用前景。然而,近年来关于锂离子电池引发的火灾甚至爆炸锂离子电池由于具有能量密度大、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点,在小型数码电子产品中获得了广泛应用,在电动汽车、航空航天等领的报道己屡见不鲜,锂离子电池的安全问题引起人们普遍的关注,是限制锂离子电池在动力和大规模储能领域实现产业升级的主要障碍。本论文主要围绕高安全性锂离子电池电解质展开研究,涉及到阻燃/不燃电解液、离子液体电解液和普通电解液的热稳定性及与电极相容性的研究。此外,本论文还利用阻燃电解液衍生了一种亚微米的石墨薄片的新颖制备方法。在论文第一章中,作者回顾了锂离子电池的发展历史,简要介绍了锂离子电池的结构、组成和工作原理。然后,重点分析锂离子电池存在的安全问题,并综述了材料的热稳定性和电解质的安全性两个方面的文献。第二章介绍了甲基膦酸二甲酯的物理化学性质,将其作为电解液阻燃添加剂在锂离子电池中进行探索性的应用,发现与正极材料能很好地兼容,与普通石墨负极材料的兼容性较差;但是相应的电解液,如含%的电解液能与结构稳定较好的中间相碳微球和表面改性石墨芎玫丶嫒荨在论文的第三章,作者首先制备了一种高安全性的“绝对”不燃电解液,通过与常规电解液比较,发现其更突出的低温性能。虽然这种不燃电解液与碳素负极,即使和己苣鸭嫒荩翘砑%的芄幻飨愿纳这种电解液与碳素负极的兼容性,在/ǖ绯刂斜硐殖霾淮淼难沸能。这种不燃电解液虽然与碳素负极兼容性差,但是却能与芎玫丶在论文第四章,作者考察了化成温度对于含和磷酸三甲酯阻燃电解液与石墨负极兼容性的影响,发现在左右高温下化成,有利于形成稳定的固体电解质界面ぃ佣种艱蚑在石墨表面的还原分解。虽然高温化成也导致了电解液在一些正极材料鏛表面剧烈的氧化分解,恶化了电池性能,但是使用变温化成技术,使电池在较高温度下形成稳定的ぃ缓笤僭谑椅峦瓿娠胱釉谡杭ú牧现涞那度胪殉觯免电解液在高温高电位下在正极表面的氧化分解,使包含阻燃电解液的全电池表现出良好的电池性能。对于含淖枞嫉缃庖海庵直湮禄杉际醣仁褂成膜添加剂来改善电解液与负极相容性时具有明显的优势。
研究方向进行展望。阻燃电解液与碳素负极的兼容性受到电解液组成和电极组成结构相关的众多因素的影响,若进行全面试验,工作量太大。在第五章作者通过正交试验设计全面系统地研究了电解液组成、成膜添加剂用量、电极膜结构和组成,包括粘结剂和导电剂等众多因素对阻燃电解液与碳素负极兼容性的影响。离子液体作为新兴的“绿色溶剂”,具有不燃烧、无蒸汽压的突出优点,被认为是安全型锂离子电池电解液的理想选择。,并且将低熔点低粘度的碳酸二乙酯魑L砑剂加入,显著改善了离子液体电解液的倍率性能和低温性能。在论文第七章,作者考察了正负极容量匹配对于全电池安全性能的影响,发现负极容量限制的电池具有更好的安全性和循环性能。第八章使用实时红外光谱结合咳纫强疾炝说缃庖旱娜任榷ㄐ裕⑶进一步比较了七种充电状态的正极材料琇电解液热稳定性的影响,发现充电态缘缃庖旱娜确从τ幸欢ǖ囊种效果,因而使用魑Uú牧希缘绯氐陌踩杂欣多数阻燃电解液与石墨负极兼容性较差,电解液的还原分解容易造成石墨剥离,人们总是想方设法来避免石墨在这些电解液中的剥离。本论文第九章,作者反其道而行之,利用阻燃电解液对石墨的剥离作用,通过电化学的方法制备出了亚微米级规则结构的石墨薄片。最后谑,对本论文的创新和不足作了简要总结,并对今后可能的性关键词:锂离子电池,安全性,阻燃电解液,离子液体,热稳定性,相容摘要///琇琇..琇Ⅱ
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作者签名:鐾窒叁中国科学技术大学学位论文原创性声明中国科学技术大学学位论文授权使用声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作为申请学位的条件之一,学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或