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目前,对聚合物锂离子电池中正负极材料的研究非常多,而对凝胶聚合物电解质的研究则相对较少。凝胶聚合物电解质成为了影响聚合物锂离子电池性能的重要因素,制备出性能优异的凝胶聚合物电解质将有助于聚合物锂离子电池的进一步推广和应用。
本文采用静电纺丝技术,制备纯P(VDF-HFP)、P(VDF-HFP)/PAN共混凝胶聚合物电解质膜,利用TM1000扫描电镜、单纤强力仪、YG461H全自动透气量仪、CHI660D电化学工作站等仪器测试了膜的性能,如表面形貌、力学性能、透气率及离子电导率等,隔膜吸收电解液凝胶化后组装了扣式电池,测试电池的性能。
本文研究发现纺丝液浓度为15%时,P(VDF-HFP)膜表面形貌良好,断裂强度达到10.72MPa、透气率为448.4mm/s、孔隙率为80%、吸液率为340%、离子电导率为1.18×10-3S/cm。改变P(VDF-HFP)/PAN比例,研究共混比例变化对隔膜性能的影响。实验结果表明,P(VDF-HFP)与PAN的最佳共混比例为8:2,此时膜的断裂强度为10.64MPa、透气率增至585.2mm/s、孔隙率高达87.3%、吸液率增至382.6%、离子电导率高达1.6×10-3S/cm。
交流阻抗测试结果表明,P(VDF-HFP)/PAN共混膜比纯P(VDF-HFP)膜有更高的离子电导率和锂金属界面稳定性,且随着放置时间的增加,凝胶体系稳定后离子电导率明显增大。P(VDF-HFP)/PAN共混膜电池比纯P(VDF-HFP)膜电池具有更高的充放电比容量和充放电效率,都有稳定的充放电平台,工作电压在3.8V以上。P(VDF-HFP)/PAN共混膜电池的循环性能最佳,不仅具有160mAh/g的充放电比容量,而且充放电效率稳定,容量保持率高达98.24%。静电纺P(VDF-HFP)膜电池的充放电比容量约为130mAh/g,多次循环后容量保持率为93.4%。说明PAN的加入使隔膜的性能得到明显改善。