用于锂金属电池的固态电解质结构设计与性能研究_刘琦_9787302692720

本书系统研究了电极与电解质界面上的离子运输，并深入解析了材料界面和结构演变规律，通过对固态电解质进行结构和功能化设计，有效地优化了电极与电解质的界面问题，提高了电池的安全性。
本书主要面向从事固态电池等电化学能量存储和转换器件研究的在读研究生、科研工作者、产业界相关人士，有助于增强其对基于原位策略调控固态电解质与电极材料界面的理解，为其研制固态电池电解质材料提供助益，推动当前固态锂金属电池主要技术瓶颈的突破，有利于促进其大规模产业化应用。

能源存储技术的革新是推动现代社会向清洁、高效能源转型的关键所在。在众多储能系统中,锂金属电池因其极高的理论能量密度被视为下一代电池技术的重要发展方向。然而,传统的液态电解质体系存在易燃、易泄漏、锂枝晶生长等问题,严重限制了锂金属电池的安全性和循环寿命。特别是在电动汽车、规模储能等对能量密度和安全性要求日益提升的背景下,开发兼具高能量密度、高安全性和长循环寿命的新型锂电池体系,已成为全球能源材料领域科学家共同面临的重大挑战和迫切需求。相比于液态锂离子二次电池,固态锂金属电池兼具高能量密度、高安全性和宽工作温度范围等优势,在未来电动汽车和智能电网等储能领域有广阔的发展前景。固态电解质因其本征优异的热稳定性、高机械强度及抑制锂枝晶的能力,成为突破当前技术瓶颈的关键材料。然而,电极材料与固态电解质材料之间较差的界面兼容性及较大的界面阻抗,阻碍了固态锂金属电池的应用。因此,实现高比能、长寿命固态锂金属电池的有效途径是构建稳定的电极材料/电解质界面,从而实现高效的界面离子输运过程。然而,如何构造兼具高离子电导率、低电极/电解质界面阻抗及循环过程中稳定的界面仍是现阶段固态电池发展亟须突破的技术难题。基于原位聚合策略的电解质结构与界面功能化设计是实现稳定界面的有效方法,有望突破当前固态锂金属电池存在的以上技术瓶颈。有鉴于此,研究团队从事高比能固态电芯开发超过10年,围绕固态电解质材料设计、界面结构优化、性能提升机理表征研究、固态储能器件组装等方面开展了较为系统的研究,并取得了一些具有重要理论意义和实际应用价值的原创性科研成果。刘琦博士的学位论文是固态电池界面调控与优化设计的研究前沿代表,也是本课题组在该领域研究工作的典范之作。该论文针对固态电池中电极/电解质界面相容性差等难题,创新地提出了一系列固态电解质结构设计与功能化调控的解决方案。通过系统研究新型固态电解质的构效关系及其与电极材料的界面构筑机制,揭示了界面微观结构演变及其离子运输特性,并建立了"组成-结构-性能"多尺度调控新方法,实现了电极与电解质界面的稳定化设计,获得了高性能高安全锂金属固态电池。该论文提出的系列固态电解质结构与界面优化设计策略具有较好的普适性,对推动长循环寿命固态储能器件的发展具有重要的理论指导意义和实际参考价值。李宝华清华大学深圳国际研究生院 2025年5月于深圳

第1章绪论
1.1引言
1.2固态锂金属电池的构造及工作机理
1.3固态锂金属电池中的材料及其界面稳定性问题
1.3.1化学稳定性
1.3.2电化学稳定性
1.3.3机械稳定性
1.3.4热力学稳定性
1.4SPE的原位制备方法
1.4.1自由基聚合原位生成SPE
1.4.2阳离子聚合原位生成SPE
1.4.3阴离子聚合原位生成SPE
1.4.4凝胶因子引发聚合生成SPE
1.4.5其他方法
1.5本书的研究内容和意义

第2章研究方法
2.1实验试剂和原料
2.2实验设备和装置
2.3非电化学表征设备及原理
2.3.1固态电解质化学表征
2.3.2微观形貌表征
2.3.3X射线衍射物相表征
2.3.4热力学表征
2.3.5力学性能表征
2.4电化学表征方法及原理
2.4.1电导率表征
2.4.2离子迁移数表征
2.4.3固态锂金属电池装配
2.4.4固态锂金属电池表征

第3章腈类塑晶复合电解质在固态电池界面修饰中的应用研究
3.1本章引言
3.2实验部分
3.2.1LAGP固态电解质的制备
3.2.2塑晶复合电解质材料的制备
3.2.3LAGP基固态锂金属电池的装配和表征
3.3塑晶复合电解质材料的结构及电化学性能表征
3.4金属锂负极侧的界面稳定性研究
3.5LAGP基固态电池的电化学性能
3.6本章小结

第4章自愈合Janus界面在固态电池中的构建及其性能研究
4.1本章引言
4.2实验部分
4.2.1LAGP固态电解质的制备
4.2.2SHE电解质的制备
4.2.3LAGP基界面优化后锂金属电池的装配和表征
4.3SHE电解质的合成机理分析
4.4SHE电解质的物理化学性能表征
4.5自愈合Janus界面优化机理
4.6金属锂负极与SHE界面兼容性研究
4.7LAGP基界面优化后锂金属电池的电化学性能
4.8本章小结

第5章醚基聚合物电解质在固态电池中的应用及性能研究
5.1本章引言
5.2实验部分
5.2.1Poly-DOL基GPE的合成
5.2.2Poly-DOL基固态电池的原位装配和表征
5.3Poly-DOL基GPE的合成机理分析
5.4Poly-DOL基GPE的物理化学性能表征
5.5Poly-DOL基GPE中锂离子沉积行为研究
5.6Poly-DOL基固态电池的电化学性能
5.7Poly-DOL基固态电池中SEI膜和CEI膜表征
5.8本章小结

第6章高锂离子迁移数的醚基共聚物电解质制备及其快充性能研究
6.1本章引言
6.2实验部分
6.2.1ECP基GPE的合成
6.2.2ECP基GPE的固态电池原位装配及性能表征
6.3ECP基GPE的合成机理分析
6.4ECP基GPE的物理化学性能表征
6.5ECP基GPE中锂离子的电镀/剥离行为研究
6.6ECP基GPE全电池的电化学性能
6.7本章小结

第7章总结与展望
7.1本书主要结论
7.2本书主要创新点
7.3展望

参考文献

在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢

你还可能感兴趣

我要评论