【摘 要】
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高安全性的固态锂电池和高能量密度的锂硫电池在储能领域具有广阔的前景。高离子导电性和高界面稳定性的全固态电解质对全固态锂电池特别重要,多硫化物的穿梭效应也严重影响了锂硫电池的性能。电解质和隔膜作为锂离子电池系统的重要组成部分,其性能的优劣,对于电池的容量、循环性能及安全性能有直接影响。因此,开发高性能的电解质和隔膜对提高电池的综合性能具有积极的作用。本文聚焦于电解质和隔膜,通过合理设计一种有机-无机
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高安全性的固态锂电池和高能量密度的锂硫电池在储能领域具有广阔的前景。高离子导电性和高界面稳定性的全固态电解质对全固态锂电池特别重要,多硫化物的穿梭效应也严重影响了锂硫电池的性能。电解质和隔膜作为锂离子电池系统的重要组成部分,其性能的优劣,对于电池的容量、循环性能及安全性能有直接影响。因此,开发高性能的电解质和隔膜对提高电池的综合性能具有积极的作用。本文聚焦于电解质和隔膜,通过合理设计一种有机-无机复合电解质,一种复合隔膜和一种凝胶聚合物电解质,提升电池的综合性能。主要的内容如下:（1）采用溶胶-凝胶法制备了高导电性,高稳定性的片状石榴石型固态电解质LLZO,并且采用一步法制备了以片状LLZO为陶瓷添加剂的全固态聚合物电解质并确定了片状LLZO的最佳添加量（2.5%）。片状LLZO的加入,不仅降低了聚合物的结晶度,同时为锂离子的迁移提供新的途径。该复合聚合物电解质表现出高离子电导率(室温下,0.90×10-4S cm-1),高锂离子迁移数（0.54）和较宽的电化学稳定窗口（4.75 V）。应用于磷酸铁锂电池,表现出良好的电化学性能。在60 oC和0.1 C的放电速率下,初始容量为142 mAhg-1;循环300圈之后,容量仍有127 mAhg-1,容量保持率为89.4%。（2）采用简单涂覆法制备了基于聚丙烯隔膜的复合隔膜并组装了锂硫电池。PMMA-LLZO致密层和乙炔黑涂层可作为物理屏障有效抑制多硫化物向锂负极扩散;同时PMMA-LLZO致密层可以化学吸附多硫化物,有效抑制锂枝晶的生长,提高电池的综合性能。在0.1 C的电流密度下,初始放电容量高达1456 mAhg-1。在1 C的电流密度下,初始放电容量为969 mAhg-1,循环500圈后,容量仍为413 mAhg-1,容量保留率为42.6%,平均每圈的衰减率为0.114%。（3）设计制备了一种以非纤维素织造布为基体的复合凝胶聚合物电解质并组装了锂硫电池。其中,PEO-PAN-LLZO多孔层和乙炔黑涂层可作为物理屏障有效抑制多硫化物向锂负极扩散;同时,片状LLZO与多硫化物存在化学亲和可以吸附多硫化物。复合凝胶聚合物电解质可以有效保护金属锂负极,提高了电池综合性能。在0.1 C的放电速率下,组装的锂硫电池的初始放电容量高达1459mAhg-1。在1 C的放电速率下,初始放电容量为942 mAhg-1,循环500圈后,容量仍为555 mAhg-1,容量保留率为58.9%,平均每圈的衰减率为0.082%。
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