三种柔性聚合物电解质的制备与性能研究

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目前,锂离子电池已被广泛地应用于电动汽车、电动工具和各种电子产品之中。锂离子电池所使用的传统液态电解质存在许多安全性隐患,如热稳定性不好、无法抑制锂枝晶生长、原子选择性差、易漏液、易燃烧等。因此开发新一代高性能固态电解质,对发展新一代储能技术和拓宽锂离子电池的应用领域均具有重要的意义。在众多固态电解质材料中,聚合物电解质材料具有重量轻、易加工、材质柔软等优点,运用于全固态锂电池中,可以实现高安全、高可靠性和长寿命储能的目标。本文中,我们设计三种具有柔性的聚合物电解质,论文的主要内容和研究结果如下所示:首先,将2-脲基-4[1H]-嘧啶酮甲基丙烯酸乙酯(UPYMA)与季戊四醇四丙烯酸酯(PETEA)进行聚合反应,得到一种具有网状结构的自修复聚合物基体(UPY-PETEA)。实验结果表明,所得到的UPY-PETEA自修复电解质的室温离子电导率为7.01×10-4 S cm-1。在60℃的条件下,4 h实现自修复。将该电解质装配成Li Fe PO4//Li扣式电池并进行测试。在0.2 C下倍率下放电,电池首圈放电比容量为159.6 m Ah g-1,100圈后的容量保持率为75.1%,库伦效率为99.3%。其次,将1-乙烯基-3-丁基咪唑三氟甲烷磺酰亚胺盐(VBlm NTf2)与2-脲基-4[1H]嘧啶酮甲基丙烯酸乙酯(UPYMA)发生加聚反应后,得到一种链状自修复材料(VB-UPY)。然后把双三氟甲基磺酰亚胺锂(Li TFSI)溶入VB-UPY基体中形成聚合物电解质。实验结果表明,VB-UPY聚合物电解质在60℃的条件下,放置2 h可以实现自修复。所制备的复合电解质的室温离子电导率为9.74×10-4S cm-1。将该电解质装配成Li Fe PO4//Li扣式电池并进行测试。在0.2C下倍率下放电,首圈放电比容量为110.2 m Ah g-1,循环100圈的容量保持率为96.7%,库伦效率为99.7%。最后,将热塑性聚氨酯(TPU)、聚氧化乙烯(PEO)、1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐(EMlm NTF2)与锂盐(Li TFSI)和LAGP共混后制备了一种高弹性复合聚合物电解质(TPPL)。实验结果表明,当TPU:PEO:EMlmNTF2:Li TFSI:LAGP=4:4:1:2:1(质量比)时,该复合聚合物电解质综合性能最佳,其室温电导率为8.56×10-4 S cm-1。当拉伸应力为19.18 MPa时,复合电解质的断裂伸长率为436%。将该电解质装配成Li Fe PO4/TPPL/Li扣式电池并进行测试。在0.2 C下倍率下放电,首圈放电比容量为127.3 m Ah g-1,循环性能良好,循环100圈后,容量保持率接近100%。
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