基于电解液和有序介孔二氧化硅的准固态电解质的制备及性能研究

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固态电解质电池由于其安全性能优于液态电解质,因此更适合于将来的电池开发。然而,大多数固态电解质由于其低离子电导率和高界面电阻而导致能量密度过低。有序介孔二氧化硅(MCM-41)具有大小适中的孔径(2-5 nm),较高的比表面积(高达1000m2/g)及其规则的六角形通道结构,制备复合固态电解质时有利于电解液的固定与离子的传输。因此为了解决上述提及的固态电解质的问题,本文通过组成优化设计了一系列基于电解液和有序介孔二氧化硅(MCM-41)的复合准固态电解质,并对其热性质、电化学性质与电池性能进行一系列研究,实验表明,设计的电解质兼备了高安全性与高电化学性能,主要研究内容与结果如下:(1)设计制备合成了碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)的混合电解液,复合有序介孔材料MCM-41制备的准固态电解质,简称OS-MCM电解质。考察了不同锂盐浓度的电解液对电解质电化学性能的影响,并测定其应用于锂离子电池时的电化学性能。结果表明,经优化后,锂盐浓度为1 mol/L的电解液复合制备OS-MCM电解质的电化学窗口达5.15 V,电解质室温电导率达1.02×10-3S/cm2,电池显示出较好的电化学性能,循环可达2000圈以上,且充放电容量与初始相比能保持80%以上。(2)设计制备合成了双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)及离子液体双(三氟甲基磺酰)亚胺盐(EMIMTFSI)的离子液体电解液,复合有序介孔材料MCM-41制备的准固态电解质,简称IL-MCM电解质。考察了不同锂盐浓度的电解液电解质的电化学性能的影响,并测定其应用于锂离子电池时的电化学性能。结果表明,经优化后,锂盐浓度为1.25 mol/L的电解液复合制备IL-MCM电解质的电化学窗口达5.5 V,电解质室温电导率达6.78×10-4 S/cm2,电池显示出较好的电化学性能,循环可达1000圈以上,且充放电容量与初始相比能保持85%以上。(3)设计制备了在有序介孔材料MCM-41与锂盐双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(Li TFSI)及离子液体双(三氟甲基磺酰)亚胺盐(EMIMTFSI)制备的IL-MCM电解质的基础上,将其与偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共混制备的电解质,简称PIL-MCM电解质。考察了加入不同质量的PVDF-HFP对电解质电化学性能的影响,并测定其应用于锂离子电池时的电化学性能。结果表明,在2.5 g的IL-MCM电解质中,加入1 g PVDF-HFP制备的PIL-MCM电解质性能最优,其电化学窗口达5.1 V,电解质室温电导率达1.03×10-3 S/cm2,电池显示出较好的电化学性能,循环可达500圈以上,且充放电容量与初始相比能保持80%以上。
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