基于PEO基复合电解质的固态锂硫电池及其电极/电解质界面研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lijiazhivvv
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
锂硫电池因具有理论能量密度高、成本低和环境友好等优点备受关注。然而,锂硫电池目前依然面临着实际能量密度低、容量衰减快及库仑效率低等关键挑战,其中主要原因之一是充放电中间产物多硫化锂在有机电解液中的溶解与“穿梭效应”。用固态电解质代替液态电解液构建固态锂硫电池是一种有效的解决策略。聚氧化乙烯(PEO)基聚合物电解质具有轻质、柔性、可实现卷对卷制备等优点,可构建高能量密度、长循环寿命固态锂硫电池。然而,PEO基聚合物电解质也面临室温离子电导率低、离子迁移数低、电极/电解质界面稳定性差等关键问题。围绕上述问题,本论文主要从PEO基电解质的离子传导性能改善以及电极/电解质界面优化等方面出发,构建了基于复合电解质的固态锂硫电池,并发展了多种电极/电解质界面的改性策略,进而显著改善了固态锂硫电池的电化学性能。本论文的主要研究内容包括:(1)以高离子电导率的无机电解质Li3PS4(LPS)颗粒为PEO基聚合物电解质的活性填料,制备了有机-无机复合电解质(CPE)。LPS活性填料提高了电解质的离子电导率和离子迁移数,抑制锂枝晶的生长及多硫化锂的“穿梭效应”。研究结果表明,在60℃及0.2 C电流密度下,基于10wt.%LPS的复合电解质(CPE-10)的固态锂硫电池初始放电比容量达816 m Ah g-1,循环60圈后仍具有956 m Ah g-1的放电比容量。在此基础上,采用Li-B合金负极进一步显著改善了固态锂硫电池的循环稳定性。经过200圈循环后,基于Li-B合金负极与复合电解质的固态锂硫电池仍保持有767 m Ah g-1的放电比容量,并且循环过程中电池库仑效率维持在95%以上。(2)以P2S5为PEO基聚合物电解质的多功能添加剂制备了复合电解质。研究结果表明,P2S5可作为无机填料提高电解质的离子电导率,同时可与金属锂发生反应原位生成高离子电导率LixPySz钝化层。金属锂表面LixPySz钝化层抑制了锂枝晶的生长,基于改性固态电解质的Li-Li对称电池可稳定循环1300小时。同时,钝化层有效缓解了多硫化锂的“穿梭效应”。基于碳/硫正极、P2S5改性复合电解质的固态锂硫电池在60℃及0.2 C电流密度下,首次放电比容量可达900m Ah g-1,循环350圈后比容量依然维持有490 m Ah g-1,库仑效率可维持92%以上。(3)以6μm厚的聚丙烯(PP)多孔隔膜为骨架,通过溶液浇筑制备了厚度仅为25μm的超薄电解质膜(PP-SPE)。研究结果表明,PP-SPE缩短了离子传输距离,且PP隔膜骨架有效提升了电解质的机械强度,有效抑制了锂枝晶的生长,解决了长循环过程中电池短路等问题。在此基础上,通过原子层沉积(ALD)技术在金属锂表面可控沉积了Al2O3界面修饰层,Al2O3与金属锂反应形成的Li Al Ox导离子层,有效缓解了多硫化锂在PEO内的“穿梭效应”。基于超薄复合电解质与Al2O3改性金属锂的固态锂硫电池,在60℃及0.1 C下首次放电比容量达840 m Ah g-1,循环200圈后仍具有588 m Ah g-1的放电比容量,同时保持91%以上的库仑效率和低的自放电率。
其他文献
国内旅游消费发展与扩大内需、促进经济循环等战略紧密相关。交通基础设施升级优化有助于旅游消费群体突破其在时间、收入和健康等诸多方面的限制,推动旅游经济快速发展。文章以最具代表性的高铁建设为例,基于中国健康与养老追踪调查(CHARLS)微观数据,从中老年人高铁出行视角检验了交通基础设施升级对中老年群体旅游消费的推动作用。研究发现,高铁开通显著促进了中老年家庭旅游消费,并显著提高了其旅游消费倾向,较大程
期刊
由于民航运输业对于延误的高要求,各机场目前无法精准预测延误时间,本文采用基于机器学习的方法,从场面运行的数据中挖掘影响航班离场延误的因素,精准的预测离场航空器的延误时间,最终为管制等单位提供决策支持。由于航空器离开场面后飞向各航路点,飞过各航路点的过程对机场场面延误的发生影响不大,因此本文主要考虑场面的延误。本文主要的研究内容如下:(1)研究航空器进场后的运行流程与延误的关系。根据管制经验与航班实
学位
航班机坪地面保障作业是影响航班正常周转的原因之一。在一个完整的航班过站保障作业流程中涉及众多作业项目,需要不同的保障单位(包括地服公司、餐食公司、航油公司等)间密切的配合。由于这些不同的部门或单位在进行保障作业时都希望自身利益的最大化,可能会有不同的决策目标,难以进行理想化的统一指挥调度。本研究针对上述存在的这些现实问题,将分布式的调度方法应用到航班地面保障作业的调度过程中,应用时间解耦的方法,实
学位
机场场面滑行是飞行活动中最具挑战性的阶段之一,为自主研发我国的机载场面运行路径指引与告警系统,提高机场运行效率和安全性,本文基于地面与机载协同对航空器场面滑行引导进行研究,包括机场场面结构建模、航空器静态路径规划、4D滑行路径预测和滑行速度分配。首先,依据ICAO发布的Doc 9881文件和DO-272文件建立机场绘图数据库(Airport Mapping Database,AMDB),统一机场数
学位
随着民航运输业的持续迅速发展,民航航班流量逐年增长,从而使得我国有限的空域资源面临的压力日渐繁重。其中在不良天气影响下扇区内的航空器为保证飞行安全往往会选择返航、绕飞、改航等措施来规避不良影响,在此背景下的扇区容量研究逐渐成为近年来研究的热点。传统方法得到的扇区容量没有考虑到不良天气对容量的影响,制定出的飞行计划往往与实际情况偏差较大,会造成航班延误影响航班准点率。所以如何对不良天气下的扇区容量进
学位
<正>有数据统计,每年基本上有30%~60%的人在跑步时受伤,而这些损伤中的30%~50%与膝盖相关。张三说:跑完后,膝盖在上下楼时就疼。李四讲:跑完后膝盖窝靠内侧疼痛是怎么回事?王五道:跑了两周膝盖疼,现在不跑了。赵六曰:想跑步,可是膝盖疼不敢跑。
期刊
随着我国未来交通量的持续增长,流量管理与管制运行的结合更为紧密,当空中航路存在流量管理约束时,需要进一步提高更大范围内管制自动化决策能力,有效提高满足流量管理约束以及解决管制冲突的能力,考虑下游流控约束的冲突解脱技术研究将有助于消除流量管理与管制运行之间的缝隙,为增强管制自动化能力以及逐步过渡到面向未来航迹运行方式的流量管理和管制运行提供方法和技术支撑。本文重点围绕出扇区点存在航路流控约束时单扇区
学位
随着民航业的飞速发展,我国航空运输系统面临着诸多挑战,例如机场高峰时刻资源紧张,航班延误加剧,场面严重拥堵等,机场场面拥堵成为了整个航空运输系统容量和吞吐量的主要限制因素之一。近年来,通过有效的场面运行控制、调度与管理的技术措施来缓解拥堵,成为了全球民航发展与研究的主流方向,因此,探索一种可以减少航班延误、提高运行效率的推出控制方法具有重要的理论价值和实际意义。本文以推出率控制作为研究切入点,研究
学位
基于文本挖掘的航空不安全态势匹配及预测主要是通过对文本和语音数据源进行联合研究,通过对航空不安全事件报告、陆空通话数据进行文本特征挖掘和语义挖掘分析,利用外推算法进行风险预测,采用距离函数度量案例事件的相似性,将风险预警问题转化为寻找与实际险情模式最相似的标准险情事件模式。首先,对多源数据进行预处理分析。对于文本数据,基于jieba分词工具并构建民航领域词典,将非结构化的事件报告转化为标准特征词向
学位
作为一种广泛使用的半导体光催化剂,二氧化钛材料具有高的物理化学稳定性和环境友好的特性。但是其禁带宽度较大,导致其对光的利用率较低。利用贵金属对其进行修饰改性,可以将对光的有效吸收波长拓展到可见光区域,提高光量子的迁移效率,制备出具有高的光催化活性的复合型半导体催化材料。杂环化合物具有特殊的理化性质和生物医学活性,一直以来都是化学家和药学家的研究热点。四氢呋喃的C-H官能化具有重要的研究意义,然而之
学位