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离子凝胶电解质在不同温度下的电池性能

导读 大家好,小科来为大家解答以上问题。离子凝胶电解质在不同温度下的电池性能这个很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧! 解答:1、研究背...

大家好,小科来为大家解答以上问题。离子凝胶电解质在不同温度下的电池性能这个很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!

解答:

1、 研究背景

2、 由于金属锂具有极低的电极电位和超高的理论容量,金属锂电池被认为是最有前景的储能技术之一,有望实现储能技术的革命性突破。随着经济水平的快速发展,人们对储能技术的要求也在逐步提高。现有金属锂的一些问题限制了其商业化进程和广泛应用,包括有机电解液的泄漏和挥发、充放电过程中锂枝晶生长不可控、极端条件下电池失效甚至起火爆炸等。因此,满足人类社会的能量密度要求,实现其可靠的安全性能,是一个亟待解决的问题。

3、 张建杰

4、 在此基础上,湖南大学张世国教授研究组在《Journal of Power Sources》 . 57809 . 00000000000005期刊上发表了题为《基于溶解离子液体的离子电池在宽温度范围内用于锂金属电池》的文章doi: 10.1016/J. jpowsour .本文开发了一系列以化学交联聚合物为基体,以溶剂化离子液体(SIL)为传输介质的粘性离子凝胶电解质。由于化学交联聚合物的坚韧结构,制备的离子凝胶具有优异的机械强度。银的引入使得合成的离子凝胶电解质具有较高的锂离子迁移数和良好的锂相容性,二者的协同作用实现了离子凝胶电解质优异的力学性能、热稳定性和优异的电化学性能。Li/LiFePO4电池在室温和极端温度下具有高的循环稳定性和库仑效率。图一。(a)IG-M/N离子凝胶的合成过程和微观结构示意图;(b)在紫外光引发聚合后形成离子凝胶的光学图像;(c)离子凝胶电解质IG-1/2的光学图像;(d)紫外线照射聚合前后IG-1/2的FTIR光谱;(e)IG-1/2的SEM图像,(f)粘附行为,和(g)IG-M/n的粘附强度的比较

5、 本窑店

6、 要点1:离子凝胶电解质的机械性能图2。IG-M/N (a-b)拉伸和压缩性能的比较拉伸实验示意图;(c)IG-M/N试样的拉伸应力-应变曲线;(d)IG-M/N试样的压缩应力-应变曲线;(e)IG-1/2离子凝胶电解质样品在25 MPa压力下变形后恢复到初始状态,如图2(a-b)所示。使用聚四氟乙烯模具制备长标准拉伸试样,IG-1/2离子凝胶在拉伸应力加载过程中可拉伸至~300%,在外力撤除后迅速恢复。图2(c)显示IG-1/1、IG-1/2和IG-1/3的拉伸强度分别为10.8、7.6和5.9 kPa,表明拉伸强度随着液体含量的增加而降低,IG-1/1、IG-1/2和IG-1/3的断裂伸长率分别为201%。在扣式电池的组装过程中,抗压强度是比抗拉强度更关键的机械性能指标。如图2(d)所示,IG-1/1和IG-1/2在89%和93%的压缩应变下能承受26.7 MPa和26.8 MPa的压应力,而IG-1/3在99%的压缩应变下只能承受8.1 MPa的压应力。更重要的是,IG-1/2具有良好的延性和形状恢复能力,这已被压缩变形实验所证实。如图2(e)所示,厚度为2 mm、直径为16 mm的IG-1/2在经受25 MPa的压缩应力1分钟后被压缩成厚度约为200微米的膜,并且在压力释放后两分钟内自发恢复到其原始状态。这种优异的形状恢复能力有望广泛用于高外压设备。要点:离子凝胶电解质的高温稳定性图3。(a)不同样品(自上而下为IG-1/2离子凝胶电解质、celgard隔膜、PH-IG-1/2离子凝胶电解质)的热收缩对比实验;(b)不同样品的热重分析曲线;(c)扫描不同样品的差热曲线;(四)IG-M/N的可燃性测试如图3(a)所示,Celgard膜片在加热后由最初的圆形变为椭圆形,PHIG-1/2在加热后明显收缩断裂,而IG-1/2在相同条件下加热后没有观察到明显的变形,这说明高交联有机聚合物结构的引入使得溶剂化离子凝胶具有良好的耐热性。通过热重分析(TGA)进一步研究了离子凝胶电解质的热稳定性。从图3(b)可以看出,不含SIL的凝胶的TGA曲线在350之前没有明显的质量损失,证明了聚合物骨架优异的热稳定性。引入SIL后,得到的离子凝胶在170C之前表现出优异的热稳定性,其TGA曲线与SIL非常相似。与不含SIL的凝胶相比,相对低的热稳定性是由于四甘醇二甲醚的分解。通过差示扫描量热法测量不同样品的玻璃化转变温度。如图3(c)所示,不含SIL和含SIL的凝胶的玻璃化转变温度分别为-55.1和-45.9。SIL的引入使IG-1/2的玻璃化转变温度降至-56.5,有效抑制了聚合物有机骨架的结晶。图3(D-E)IG-1/2进行的可燃性测试。从图中可以看出,制备的离子凝胶电解质暴露在酒精火焰中3s,仍然没有燃烧的迹象。相比之下,传统有机电解制备的凝胶(EC/DEC体积比为1:1的混合溶液中含有1 M LiPF6)在接触火焰后会立即着火并剧烈燃烧。电解液优异的热稳定性和不燃性对锂金属电池的安全性至关重要。要点:图4。离子凝胶电解质的电化学性能。IG-M/N (a)离子电导率随温度的变化和(b)LSV曲线,LSV的扫描速率为1mVs-1;(c)IG-1/2样品组装的锂对称电池的计时电流曲线和施加极化电压前后电池的交流阻抗谱;(d)电流密度为1macm-2时Li | IG-1/2 | Li对称电池的电压-时间曲线;(e )(上)Li/IG-1/2和(下)Li/PH-IG-1/2界面的SEM图像;(f)Li | IG-1/2 | Li对称电池500 h循环后的Li表面SEM图像的离子电导率是影响电解液成功应用的关键因素之一。

7、 用不锈钢电极和制备的离子凝胶电解质组装SS|IG-m/n|SS对称电池,交流阻抗测试表明,IG-1/1、IG-1/2和IG-1/3的室温离子电导率分别为0.195、0.325和0.508 mScm-1,对应的活化能为5。通过线性扫描伏安法测试IG-m/n样品和SIL的电化学稳定性,结果如图4(b)所示。从图中可以看出,IG-1/1、IG-1/2和IG-1/3离子凝胶电解质的氧化分解电位分别为5.33 V、5.25 V和5.06 V。虽然氧化分解电位随着银含量的增加而降低,但它们都比纯银(4.5 V)高得多。锂离子迁移数(tLi)表征锂离子在离子凝胶电解质中的迁移能力。将化学交联聚合物基离子凝胶电解质组装成锂对称电池后,用交流阻抗谱计时电流法测量其tLi,IG-1/2 tLi的计算值为0.46。化学交联聚合物基离子凝胶电解质IG-1/2和银的锂对称电池通过恒流充放电循环进行测试。用扫描电镜对经过500 h恒流充放电循环后的金属锂表面进行了表征,并分析了电解液与金属锂之间的界面稳定性。从图4(d)可以看出,IG-1/2组装的锂对称电池的极化非常稳定,即使循环超过3300小时,其过电位仍小于10 mV,证明IG-1/2离子凝胶电解质与锂金属具有优异的相容性,在恒流充放电循环过程中可以实现良好的锂沉积/剥离。在图4(d)中,锂阳极和IG-1/2之间的界面用SEM表征,PH-IG-1/2用作对照样品。如图所示,IG-1/2与锂正极接触紧密,锂片表面不平整的缺陷被制备的离子凝胶电解质很好地填充平整,而PH-IG-1/2与锂正极之间明显存在较大的间隙,这可能造成图4(f)中,IG-1/2组装的锂对称电池在循环500 h后,锂金属表面平整光滑,没有观察到明显的锂枝晶,进一步证明了IG-1/2与锂金属之间优异的界面稳定性。点4离子凝胶电解质在不同温度下的电池性能图5。(a)Li|IG-m/n|LiFePO4在25和0.1速率下的首次充放电曲线;(b)Li|IG-1/2|LiFePO4在25C时,放电比容量和库仑效率随循环次数的变化;(c)Li|IG-1/2|LiFePO4在25和0.1~2 C倍率下的充放电曲线;(d)Li|IG-1/2|LiFePO4在25和0.5速率下的放电比容量以及库仑效率随循环次数的变化;(e)Li|IG-1/2@D|LiFePO4在90C和1C速率下的比放电容量和库仑效率与循环次数的关系;(f)Li | IG-1/2 | life po 4在150C和1C速率下的放电比容量以及库仑效率随循环次数变化的图表。Li|IG-m/n|LiFePO4锂金属电池在25C和0.1C倍率下进行充放电循环测试,测试结果如图5(a)所示。从图中可以看出,与其他两种相比,图5(b-c)研究了电池的速率性能。在0.1-2 C充放电倍率下,其放电比容量分别保持在151.6、141.4、130.2、106.0和87.1 mAhg-1。当充放电倍率回落到0.1 C时,其放电比容量几乎可以恢复到初始水平。从图5(d)可以看出,当Li|IG-1/2|LiFePO4电池在25C和0.5C下测试时,电池的初始放电容量可以达到128 mAhg-1。100次循环后,放电容量仍在121 mAhg-1以上,容量保持率高达95%,平均库仑效率在99.5%以上。从图5(e-f)可以看出,Li|IG-1/2@D|LiFePO4的初始放电容量在90 C下高于150 mAhg-1,在1 C速率下高于150 C。100次循环后,放电比容量分别为128和120 mAhg-1,平均库仑效率高达99.7%。两人都表现出不错的能力。

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