准固态锂离子扣式电池的制备与性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wll_wyx
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准固态锂离子电池是介于液态锂离子电池和全固态锂离子电池的中间形态,其不仅具有液态电池的长循环寿命,而且又解决了液态电池的安全问题和全固态电池的界面问题。准固态锂离子电池被广泛用于手机、笔记本等消费类电子产品以及动力电池方向。本文选用聚偏氟乙烯(PVDF)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚苯乙烯(PS)和硬脂酸(SA)等为原料,通过共混法和浇铸成膜法制备电解质膜。实验中,采用单因素法优化三种电解质膜的各组分比例,通过电导率的结果确定最优组分。三种电解质膜的成分和最优比例分别为:双三氟甲磺酰亚胺基锂/硬脂酸/羟丙基甲基纤维素/聚偏氟乙烯(Li TFSI:SA:HPMC:PVDF=7.18:0.27:1:9(w:w:w:w))、双三氟甲磺酰亚胺基锂/聚苯乙烯/聚偏氟乙烯(Li TFS:PS:PVDF=4:1:5(w:w:w))以及双三氟甲磺酰亚胺基锂/羟丙基甲基纤维素/聚苯乙烯/聚偏氟乙烯(Li TFSI:HPMC:PS:PVDF=4:0.6:1:5(w:w:w:w))。采用上述电解质膜组装扣式电池进行一系列电化学测试。本文对电解质膜采用扫描电子显微镜、热重分析、红外光谱分析、X-射线衍射分析、拉伸性能测试等测试表征膜性质;并对最优比例的电解质膜组装的电池进行电化学稳定窗口测试、锂离子迁移数测试、循环伏安测试、充放电测试等电化学测试。结果表明:Li TFSI/SA/HPMC/PVDF电解质膜的电导率为2.81×10-4S·cm-1,电化学稳定窗口为4.04 V,锂离子迁移数为0.13,SA和HPMC添加后使电解质膜电导率升高,SEM测试表明膜表面呈密堆积,Li/(Li TFSI/SA/HPMC/PVDF电解质膜)/Li Fe PO4准固态电池在0.2倍率下首次充放电比容量分别为98.1 m Ah·g-1和95 m Ah·g-1,库伦效率均值在96%以上;Li TFSI/PS/PVDF电解质膜的电导率为1.63×10-4S·cm-1,电化学稳定窗口为4.04 V,锂离子迁移数为0.64,Li/(Li TFSI/PS/PVDF电解质膜)/Li Fe PO4准固态电池在0.5倍率下首次充放电比容量分别为157.7 m Ah·g-1和118.1m Ah·g-1,库伦效率均值在99%以上。Li TFSI/HPMC/PS/PVDF电解质膜的电导率为2.72×10-4S·cm-1,电化学稳定窗口为4.13 V,锂离子迁移数为0.57,TG测试结果表明电解质膜有较好的热稳定性,Li/(Li TFSI/HPMC/PS/PVDF电解质膜)/Li Fe PO4准固态电池在0.5倍率下首次充放电比容量分别为116.5m Ah·g-1和107.5 m Ah·g-1,库伦效率均值约为100%。
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