聚偏氟乙烯—六氟丙烯聚合物固态电解质的制备和应用

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woshizhuwoshizhu
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相对于商业化的锂电池,固态锂电池具有安全性和能量密度高的优点。无机固态电解质虽然有着高的离子电导率,但其高的界面阻抗和差的加工性限制了它的应用。聚合物电解质聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)有着良好的界面接触性,但其室温电导率低。本论文通过固相反应法制备了氧化物固态电解质Li6.4La3Zr1.4Nb0.6O12(LLZNO)和硫化物固态电解质Li7P3S11(LPS),并将其作为无机填料与聚合物电解质PVDF-HFP/LITFSI进行复合。获得无机有机复合固态电解质(CPEs)。通过固相反应法合成了石榴石固态电解质Li6.4La3Zr1.4Nb0.6O12,室温离子电导率为1.3×10-4S·cm-1。随后将其以不同比例与聚合物电解质PVDF-HFP/LITFSI进行复合。当复合LLZNO比例为1 wt.%时候,离子电导率取得最大(6.97×10-5S·cm-1)电化学窗口大于5 V。同时经过复合改性的聚合物电解质有着良好的对锂界面稳定性和抑制锂枝晶的性能。将其经过界面修饰后与磷酸铁锂正极和锂负极组装成电池,在0.1 C室温下经过100圈循环后比放电比容量能保持在107.1 mAh/g。在不同倍率下进行测试,LLZNO复合固态电解质有着很好的倍率性能和循环稳定性。硫化物固态电解质Li7P3S11通过球磨和热处理获得,在220℃下进行烧结1小时获得LPS的室温离子电导率为1.592×10-4 S·cm-1。采用溶液浇铸法将不同比例的LPS与聚合物电解质PVDF-HFP/LITFSI进行复合。复合后得到电解质PVDF-HFP/LITFSI-LPS离子电导率、力学性能和电化学性能都得到了巨大的提高。其中1 wt.%LPS复合比例的电解质的离子电导率提升最大,室温下离子电导率从9.54×10-5S·cm-1提升到了6.78×10-5S·cm-1。离子电导率提升了一个数量级。同时复合后离子迁移数为0.48高于液态电解液0.38,LPS复合固态电解质表现出优异的对金属锂枝晶的抑制能力。电化学稳定窗口大于4.5 V。将PVDF-HFP/LITFSI-1 wt.%LPS组装成锂硫电池。经过界面修饰后在25℃下进行电池性能测试在0.1 C倍率下循环,首圈放电比容量为969 m Ah/g,100圈之后比容量保持在573.8 m Ah/g。本论文综合了无机固态电解质LLZNO\LPS和聚合物电解质PVDF-HFP的优点,对聚合物电解质PVDF-HFP的性能做了很大的提升。该工作对固态电解质的研发提供一种新的思路。
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