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摘 要

自21世纪以来，锂离子电池现今有了成熟的技术条件后，氯离子电池以它的材料资源丰富以及能量密度极高的优点得到了广泛认同。但是氯离子电池因电极材料在电解质液体中会产生副反应，且复合离子液体中氯离子也可能发生脱溶、穿梭等反应而对它的应用产生了限制。而使用液体电解质的氯离子电池又存在着原材料昂贵、制作成本较高等等缺点，与此同时氯离子电池的正负极也会产生体积膨胀与收缩，同样对于材料本身的物理化学性质有所影响。而固态电解质就是能从成本、制作、副反应、解决脱溶问题方面上的解决方案。本文描述的固态电解质由聚环氧乙烷为聚合物基体，三丁基甲基氯化铵为氯盐，丁二腈作为固体增塑剂所组成。本文大概阐述了对氯离子电池固态电解质的研究、设计、制备过程，并且以各种方式测试了本次制作的固态聚合物电解质的物理性能、机械性能以及电化学性能最后得出了氯离子电池中固态聚合物电解质的组成成分的所占质量之比。文章最后部分总结了氯离子电池的物理性能、化学稳定性以及电化学特性。

关键词：氯离子电池；固态电解质；电解质；PEO缓冲层；二次电池

Abstract：Since the 21st century, lithium-ion battery now has mature technical conditions, chloride ion battery has been widely recognized for its rich material resources and high energy density. However, the application of chloride ion battery is limited because of the side reactions of electrode materials in electrolyte liquid, and the reactions such as desolvation and shuttle of chloride ions in composite ionic liquid. However, the chloride ion battery with liquid electrolyte has many disadvantages, such as expensive raw materials, high manufacturing cost and so on. At the same time, the positive and negative electrodes of the chloride ion battery will also produce volume expansion and contraction, which also has an impact on the physical and chemical properties of the material itself. Solid electrolyte is a solution which can solve the problem of cost, manufacture, side reaction and desolvation. The solid electrolyte described in this paper consists of polyepoxyethane as polymer matrix, tributylmethylammonium chloride as chloride, and Succinonitrile as solid plasticizer. In this paper, the research, design and preparation of solid-state electrolyte for chloride ion battery are described, and the physical properties, mechanical properties and electrochemical properties of the solid-state polymer electrolyte are tested in various ways. Finally, the proportion of the components of solid-state polymer electrolyte in the chloride ion battery is obtained. In the last part of the paper, the physical properties, chemical stability and electrochemical characteristics of chloride ion battery are summarized.

keywords：Chloride ion battery；Solid electrolyte；electrolyte；PEO buffer；Secondary battery

目录

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 氯离子电池 2

1.2.1 氯离子电池的原理 2

1.2.2 氯离子电池（CIB）设计与要求 3

1.2.3 氯离子电池的研究现状 3

第二章 实验部分 6

2.1 实验设备与试剂制备 6

2.1.1实验主要试剂 6

2.1.2 实验用仪器 6

2.2 材料制备 7

2.2.1 制备二元体系固态聚合物电解质 7

2.2.2 制备三元体系固态聚合物电解质 7

2.3 材料测试方法与表征 7

2.3.1 X射线粉末分析 7

2.3.2 热分析 7

第三章 氯离子电池的固态电解质 8

3.1 固态电解质 8

3.1.1固态电解质的聚氧乙烯（PEO）基体 8

3.1.2固态电解质的机械性能与微观结构 9

3.1.3固态电解质的热稳定分析 10

3.2 固态电解质的电化学特性 12

3.2.1 离子电导率 13

3.2.2 电化学稳定性能 15

3.3实验小结 17

第四章 结果与讨论 18

4.1总结 18

4.1.1氯离子电池概况 18

4．2 结论 19

参考文献 20

致谢 23

第一章 绪论

近年来，运用锂离子制作的电池已经成为人们生活中不可或缺的一项资源。电池储能技术也成为当今驱动电力装备、小微型电子器件的重要技术。但锂离子电池正负极以及电解质的制作成本、原材料成本都属于偏高的范畴。对此我们提出了基于氯离子电池传导机制原理的氯离子电池来解决二次电池原材料成本偏高的缺陷。氯离子电池能够使用我国储存质量非常高的镁（Mg）、钠（Na）或者钙（Ca）等金属作为电池负极材料，金属氯化物或者金属氯氧化物作为正极材料。以此从根本上解决了目前二次电池发展所面对的主要问题。

1.1 引言

当今全球变暖日益严峻，大多数人认为这是因为化石燃料过度使用所导致。应对全球变暖的解决方案就是加强可再生、清洁、绿色能源的使用，例如潮汐能、地热能、太阳能以及核能。而使用条件较为简单的潮汐、地热、太阳能则严重地受到了天气等因素的影响，只有在理想的天气条件下才能有可观的发电量。相对的，顺利发出的电力则要通过传输、存储的方式来消耗掉。由此可见，当无法提供足够的消耗量时，足够的二次电池转化电力就是解决这个问题的最好方法。而相应的，足够数量、成本低廉、储存量大的二次电池已经成了现在能源领域的刚需。

在二次电池家族中，第一块铅酸电池诞生于1859年，继而是镍氢电池，再到上世纪九十年代索尼公司所产的锂离子电池。二次电池的发展都是趋于原料来源更广、能量密度更高、原材料成本更低、物理化学性能保障的安全性能更高各方面都更好的方向。下图1则是近代二次电池的发展历程以及能量密度对比。

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