塑性晶体聚合物电解质锂离子电池制备与电化学性能研究

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传统液态电解质锂离子电池使用碳酸酯类有机溶剂电解液,存在易泄露、闪点低、安全性差、高温性能不佳及不能抑制锂枝晶生长等问题,使锂离子电池的推广应用面临安全隐患。因此,安全性问题成为锂离子电池实际应用的瓶颈。本文使用紫外固化法和原位聚合法制备聚合物电解质,探究LiFePO4/聚合物电解质/Li电池在室温和高温时的电化学性能。本文采用紫外固化法制备多孔膜支撑的丁二腈塑性晶体全固态聚合物电解质锂离子电池,使用相转换法制备具有丰富框架结构的多孔膜,提高多孔膜的亲液性和孔隙率,以乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)为聚合单体,成功制备柔性透明的半互穿网络结构的聚合物电解质,提高聚合物电解质的机械强度,对电池的封装的要求很低,减少界面阻抗,增加电解质与电极之间的界面兼容性,使电极与聚合物电解质之间接触更加紧密,得到更好的电化学性能。聚合物电解质在180℃以下具有较好的热稳定性,质量损失比较小,有利于聚合物电解质在高温下工作,组装的LiFePO4/紫外固化聚合电解质/Li聚合物电池在室温下0.2 C时首次放电比容量为154.2 mAh/g,10 C的放电比容量为113.8 mAh/g,55℃下1 C经过150次循环容量保持率为97.3%,10 C放电比容量为119.7 mAh/g,在高温环境下仍然表现较好的倍率性能。以环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(CTFA)为聚合单体,采用原位聚合法制备以聚酰亚胺为基体的聚合物电解质,制备的全固态聚合物电解质表现良好的柔性,聚合物电解质在160℃以下具有较好的热稳定性,电解质在单体质量分数为20%时具有最高的室温离子电导率0.87×10-3S/cm,具有04.64 V的电化学稳定窗口。离子电导率随着温度的升高而增大,锂电极之间具有良好的界面兼容性,抑制副反应的发生和锂枝晶的生长。组装的LiFePO4/聚合电解质/Li电池在室温下0.2 C的首次放电比容量为153.9 mAh/g,100次循环后容量保持率为93.5%,55℃时,在2 C下首次放电比容量约150 mAh/g,150次循环后的容量保持率接近96%,在55℃时经过200次循环容量保持率接近99%,10 C时放电比容量为115.2 mAh/g,良好的电化学性能归于Li FePO4电极与电解质之间形成紧密的稳定界面,表明原位聚合制备的电解质在高温环境下是可行的,具有实际应用的前景。
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