【摘 要】
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高能量密度的锂电池由于不存在记忆效应而拥有较长寿命,已经成为一种广受关注的高效、清洁能源。然而目前商用锂电池使用的有机电解液存在着诸多安全弊端,严重阻碍了锂电池的发展,为此固态电解质成为了解决这一问题的关键策略。聚氧化乙烯(PEO)是发现最早、研究最成熟的一类固态电解质材料。目前研究者们针对PEO基固态电解质改性策略主要集中于室温离子电导率以及电化学窗口的提升,而对其高温应用的安全性却研究不足。随
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高能量密度的锂电池由于不存在记忆效应而拥有较长寿命,已经成为一种广受关注的高效、清洁能源。然而目前商用锂电池使用的有机电解液存在着诸多安全弊端,严重阻碍了锂电池的发展,为此固态电解质成为了解决这一问题的关键策略。聚氧化乙烯(PEO)是发现最早、研究最成熟的一类固态电解质材料。目前研究者们针对PEO基固态电解质改性策略主要集中于室温离子电导率以及电化学窗口的提升,而对其高温应用的安全性却研究不足。随着固态电解质技术的日益完善,其研究重心将从日常应用转向科学探测、航空航天等领域的应用。因此,及早关注PEO基固态电解质的高温安全性能是十分必要的。海藻酸盐(Alg)由于具有良好的成膜性、稳定性等特点在诸多领域受到广泛的研究,近年来也已经作为粘结剂应用于储能器件领域。此外,海藻酸盐还具有优异的阻燃性能,这些特点完美契合了PEO基固态电解质安全性能提升的需求。因此,本文通过物理共混、化学改性等多种方法,将海藻酸盐应用于PEO基固态电解质的改性研究:(1)受三维支撑框架的启发,将海藻酸钠(SA)通过静电纺丝制成纳米纤维膜并以钙离子交联,用作PEO基固态电解质的骨架在提供优良阻燃性能(LOI=28.6)的同时改善其机械强度的不足。纤维膜在高温下的稳定性也保证了固态电解质的结构完整。与此同时,在PEO基质中补充少量SA,通过二者分子链间形成的交联网络,使PEO的电化学稳定性(>4.6V)、和离子电导率得到提升。(2)针对上述复合电解质体系中海藻酸盐含量、锂盐含量等因素对性能的影响进行了详细深入的探究,并通过改变海藻酸盐种类,以及对纳米纤维膜进行取向性设计,使复合电解质的性能得到进一步的提升。(3)通过将SA进行活化使其在有机相中与PEO类聚合物以酯化反应的方式进行接枝聚合,实现了SA对PEO的化学改性。与物理共混形成的交联网络相比,化学键的形成对离子电导率的提升具有更好的效果。
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