【摘 要】
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传统锂离子电池内含有的有机电解液,使其存在燃烧、爆炸、漏液的安全隐患。使用固态电解质的固态锂离子电池被认为是下一代先进能源载体,有望从根本上解决传统锂离子电池的安全问题。其中,有机-无机复合固态电解质（CSSE）是非常有希望的候选材料,但其离子电导率较低。本文针对CSSE的低离子电导率的问题,通过空间电场排列技术对不同维度的无机填料进行了调控,使其在CSSE中能够有序分布,来改善其离子传输性能。主
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目《民用航空器火灾二次引燃机理控制方法研究》（U2033206）； 四川省重点实验室重点项目《国产民机货舱火灾智能传感器关键技术研究》（MZ2022JB01）； 民航发展基金项目《“安全科学与工程”一流学科建设》； 中国民航飞行学院科研基金项目《民用飞机货舱防火关键技术研究》
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传统锂离子电池内含有的有机电解液,使其存在燃烧、爆炸、漏液的安全隐患。使用固态电解质的固态锂离子电池被认为是下一代先进能源载体,有望从根本上解决传统锂离子电池的安全问题。其中,有机-无机复合固态电解质（CSSE）是非常有希望的候选材料,但其离子电导率较低。本文针对CSSE的低离子电导率的问题,通过空间电场排列技术对不同维度的无机填料进行了调控,使其在CSSE中能够有序分布,来改善其离子传输性能。主要工作如下:（1）选择聚氧化乙烯（PEO）为聚合物基体,双三氟甲磺酰亚胺锂（Li TFSI）为锂盐,锂镧锆钽氧（LLZTO）陶瓷电解质粉末作为无机填料制备CSSE,利用空间电场排列技术制备了具有链状结构的CSSE。当施加空间电场的电压值为800 V时,LLZTO的质量分数为PEO的20 wt%时,CSSE的离子电导率最高为1.46×10-6 S cm-1。在55℃时,电化学窗口达到5.7 V,离子迁移数从0.25提升至0.35,表现出改善的电化学稳定性和离子传输性能。在55℃下,以0.5 C的充放电倍率,对组装的固态锂电池进行了长循环测试。循环100圈后,电池充放电容量稳定的保持在130 m Ah g-1上下,充放电效率接近100%。（2）通过向PEO中引入可光固化交联的聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）来提升聚合物电解质膜的锂盐添加量制备了高盐浓度的聚合物固态电解质,以具有高比表面积的2D锂蒙脱土（Li MMT）为无机填料,利用空间电场排列技术结合光聚合法制备了具有垂直结构的PEO-PEGDA-Li TFSI-Li MMT的有序复合固态电解质（E-CSSE）。当PEO与PEGDA的复合比例为7:3,Li TFSI和Li MMT的添加量分别为PEO-PEGDA的70wt%和3.5 wt%时,经过电场调控后得到的E-CSSE具有2.79×10-5 S cm-1的高离子电导率,锂离子迁移数高达0.63。E-CSSE具有良好的电化学稳定性,电化学窗口达到5.2 V。在30℃,0.1 C的倍率下,对组装的固态锂电池进行了循环测试,结果表明100圈后电池容量为142 m Ah g-1;同时在60℃,0.3 C的充放电倍率下,超过200圈的充放电循环后容量为135 m Ah g-1,容量保持率为93%,库伦效率接近100%,表现出优异的循环稳定性。
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