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固态聚合物电解质隔膜在锂离子电池中的应用,不仅有效解决了传统电池的漏液问题,其本身生产工艺简便、阻燃性良好、质量轻、体积小等优势使得固态聚合物电解质的开发与研究成为时下热点。 本文通过共混法,选取聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、乙二胺四乙酸(EDTA)、聚乙烯亚胺(PEI)作为添加剂,改性聚合物基体聚偏氟乙烯(PVDF)。共混后添加双三氟甲磺酰亚胺基锂(LiTFSI)作为锂盐,随后通过浇铸法成膜。通过控制变量法,制备出不同成分比例的电解质隔膜,使用电化学工作站进行电化学阻抗测试,计算不同成分电解质隔膜的电导率,并通过电导率的数值对成分进行优化。最终得到两种比例最佳的聚合物电解质隔膜:双三氟甲磺酰亚胺基锂/乙二胺四乙酸/聚乙烯基吡咯烷酮/聚偏氟乙烯(LiTFSI∶EDTA∶PVP∶PVDF=100∶1.4∶3∶97(w∶w∶w∶w)),及双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚乙烯亚胺/聚乙烯基吡咯烷酮/聚偏氟乙烯(LiTFSI∶PEI∶PVP∶PVDF=100∶1∶3∶97(w∶w∶w∶w))。 对两种柔性聚合物电解质隔膜进行了表面形貌测试、热重测试、X-射线衍射测试、差示扫描量热测试、阻燃性测试、红外光谱测试等性能测试。随后对两种电解质隔膜进行了一系列电化学测试:电化学阻抗测试、线性扫描伏安、循环伏安、界面阻抗、充放电测试等。结果表明:LiTFSI/EDTA/PVP/PVDF柔性电解质隔膜,室温下电导率可达7.19×10-4S·cm-1;锂离子迁移数可达0.49;稳定窗口5V;加入PVP及EDTA后,聚合物电解质整体结晶度降低,有利于锂离子在隔膜内传输;隔膜的热稳定性良好并具一定的阻燃性;组装Li/电解质隔膜/LiFePO4电池,首次0.5C放电比容量可达141.3mAh·g-1,经过0.5C100次充放电循环,其放电比容量为130.3mAh·g-1,库伦效率在95%以上;组装Li/电解质隔膜/Li2TiO3电池,首次0.5C放电比容量可达138.4mAh·g-1,经过50次充放电循环,其放电比容量为124.4mAh·g-1,库伦效率在95%以上。LiTFSUPEI/PVP/PVDF柔性电解质隔膜,室温下电导率可达5.07×10-4S·cm-1;锂离子迁移数可达0.51;稳定窗口4.6V;加入PVP及PEI后,聚合物电解质整体结晶度降低,热稳定性能提高;组装Li/电解质隔膜/LiFePO4电池,首次0.5C放电比容量可达143.7mAh·g-1,经过100次充放电循环,其放电比容量为122.1mAh·g-1,库伦效率在99%以上;组装L1/电解质隔膜/Li2TiO3电池,首次0.5C放电比容量可达144.2mAh·g-1,经过50次充放电循环,其放电比容量为13037mAh·g-1,库伦效率在98%以上。