【摘 要】
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全固态电池具有高能量密度、安全性好等优点。但是固态电解质与电极间为固-固接触界面,除了存在较大的界面阻抗的同时,还因为锂金属负极在充放电过程中巨大的体积变化,而导致锂负极与固态电解质界面间接触的不稳定。不稳定的界面接触会造成电池界面间存在大量空隙,大量的空隙会造成电极极化增大,锂枝晶生长加剧等一系列负面影响加剧。在本文中制备出了一种具有高弹性的聚合物电解质PU-LiTFSI-SN来解决固态电池中存
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全固态电池具有高能量密度、安全性好等优点。但是固态电解质与电极间为固-固接触界面,除了存在较大的界面阻抗的同时,还因为锂金属负极在充放电过程中巨大的体积变化,而导致锂负极与固态电解质界面间接触的不稳定。不稳定的界面接触会造成电池界面间存在大量空隙,大量的空隙会造成电极极化增大,锂枝晶生长加剧等一系列负面影响加剧。在本文中制备出了一种具有高弹性的聚合物电解质PU-LiTFSI-SN来解决固态电池中存在的界面问题。当锂金属沉积时,PU-LiTFSI-SN电解质被迫形变但与锂负极保持紧密贴合,而锂金属溶解时,PU-LiTFSI-SN电解质随即回弹,在充放电过程中固态电解质与电极能够始终保持紧密的接触,形成稳定的锂离子通道,进而促使固态电池长寿命循环。首先通过聚乙二醇(PEG)与异氰酸酯间的聚加成反应,成功合成出了聚氨酯聚合物(PU),并在其中添加双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI),制备出PU-LiTFSI聚合物电解质。这种PU基聚合物电解质相比于PEO基聚合物电解质具有更高的机械强度、更好的电化学稳定性以及独特的高弹性。组装成Li|PU-LiTFSI|LFP固态电池后,在65℃下以0.5 C倍率在恒电流循环100圈后具有141 m Ah/g的放电比容量。由于PU-LiTFSI电解质的室温离子电导率较低,无法在室温下进行正常的电池循环。为了提高PU-LiTFSI电解质的室温离子电导率,通过在其中添加丁二腈SN,制备出PU-LiTFSI-SN复合聚合物电解质。这种聚合物电解质具有2.865×10-4 S/cm的室温离子电导率以及独特的高弹性。具有高弹性的聚合物电解质,在充放电过程中能够与电极始终保持良好的界面稳定性。在组装Li|PU-LiTFSI-SN|LFP固态电池后,以0.2 C的倍率,室温下循环200圈后具有149m Ah/g的充放电比容量,以0.5 C倍率循环800圈后仍然具有70%的容量保持率。本论文中有效的提升了全固态电池的循环性能,为解决全固态电池的界面问题提供了一种思路。
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