【摘 要】
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目前,商用锂离子电池中含有易燃液态有机电解质,容易引发火灾、爆炸等安全问题。用固态电解质代替易燃有机液态电解质是解决锂电池安全问题的有效途径。在各种类型的固态电解质中,复合固态电解质（CSEs）已经成为一种具有巨大发展潜力的电解质。本学位论文的具体内容如下:1.通过静电纺丝技术成功制备了Al4B2O9纳米纤维（Al4B2O9NFs）,并将其填充在PEO聚合物基体中制备了复合固态电解质Al4B2O9
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目前,商用锂离子电池中含有易燃液态有机电解质,容易引发火灾、爆炸等安全问题。用固态电解质代替易燃有机液态电解质是解决锂电池安全问题的有效途径。在各种类型的固态电解质中,复合固态电解质（CSEs）已经成为一种具有巨大发展潜力的电解质。本学位论文的具体内容如下:1.通过静电纺丝技术成功制备了Al4B2O9纳米纤维（Al4B2O9NFs）,并将其填充在PEO聚合物基体中制备了复合固态电解质Al4B2O9NFs-PEO-Li TFSI（简称为ABP）,Al4B2O9NFs能固定PEO链,并且可以通过Lewis酸碱作用促进锂盐的解离。然后在ABP膜的基础上添加短链高分子聚乙二醇（PEG）,制备了Al4B2O9NFs-PEO-PEG-Li TFSI（简称为ABPP）CSE。增塑剂PEG的添加可以通过氢键作用进一步固定PEO链,从而促进Li+的传输。以磷酸铁锂（LFP）为正极和金属锂为负极组装的Li-LFP电池都具有优异的循环和倍率性能。2.设计并构建了一种新型Janus结构的CSE,即I2-PEO-Li TFSI（IP）/Li6.4La3Zr2Al0.2O12（LLZAO）-PEO-Li TFSI（LLP）（简称IP/LLP）。这个双层CSE具有柔性IP层面向Li负极,可以与Li负极紧密接触,并生成稳定的富锂SEI膜。该SEI膜能有效抑制锂枝晶,即使锂枝晶意外刺入电解质中,它们也会被负载在IP层中的I2所吞噬,因此,成功构建了抑制锂枝晶的“双保险”机制。因而在0.2 m A cm-2的电流密度下,组装的Li-Li对称电池保证了稳定的电镀/剥离锂超过2000小时。同时组装的Li||IP/LLP||LFP全固态电池在55?C和0.2 C电流密度下循环500圈后仍具有146.20 m Ah g-1的放电比容量,且每圈的容量衰减率为0.024%,表现出优异的长循环稳定性。3.构建了一种层压的非对称Se-PEO-Li TFSI（SP）/LLZAO-PEO-Li TFSI（LLP）（简称为SP/LLP）CSE,具有柔性的SP层面向Li负极,实现了与Li负极的紧密接触,降低界面电阻的同时,有效地钝化了Li金属,从而起到稳定Li负极与电解质界面的作用。组装的Li||SP/LLP/SP||Li电池即使在1 m A cm-2的高电流密度下也表现出对Li的稳定性。而且组装的Li||SP/LLP||LFP电池在55?C和0.2 C电流密度下经过400圈循环后仍具有115.48 m Ah g-1的放电比容量,平均每圈衰减率仅0.048%,具有优异的循环和倍率性能。4.设计并构筑了一种3D壳聚糖气凝胶（CA）增强的LLP CSE（简称为3D-CA@LLP）。壳聚糖结构上的-OH官能团可以与PEO链形成氢键,其相互作用降低了PEO的结晶度。同时反复的浇铸使3D-CA@LLP电解质的表面具有一层柔性的LLP缓冲层,有利于电解质与电极的界面接触。此外,PEO基质中均匀分布的LLZAO离子导体,进一步促进了Li+的传输。基于这些优点,组装的Li/3D-CA@LLP/LFP电池具有良好的循环和倍率性能。本文中利用电纺技术、溶液涂覆/浇铸技术相结合创造性地构筑了四种CSEs用以提高ASSLBs的电化学性能。对于CSEs中的填料,进行了从1D纤维到3D骨架的探索;对于CSEs膜,开展了从单层膜到Janus结构膜的构筑和性能研究。这种先进的CSEs设计理念对开发高性能的ASSLBs具有重要意义。
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