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聚合物电解质以凝胶状存在,可以很好的解决常规锂离子电池安全性问题。为满足聚合物电池的商业应用,提升聚合物电解质电化学性能成为有效途径。我们以加入填充物为改性聚合物的主要手段,系统的研究填充物含量对电解质的影响,以期待制备出高能量密度和循环性好的固态聚合物电解质。主要的研究内容如下:(1)利用热浇筑法简单快速制备出了凝胶型聚合物电解质(GPE),其中氧化石墨烯(GO)作为填充物。GO的添加降低了聚合物的结晶度,由原来的41.4%最低可变为20.5%,达到了减小50%以上的效果。结果表明正是结晶度的降低,使得聚合物电解质离子电导率增加了接近300%,最高可达1.3m S/cm,表现出最小的离子运输活化能Ea为1.076J/mol。于此同时,GO的添加显著提升了GPE的锂离子迁移数,最高达到0.79。在GO改性GPE的综合效应下,组装成LFP/Li体系后,其比容量较未改性前也增加了20%左右,并且表现出更加稳定的循环性能,0.2C循环100圈后比容量保有率为94.4%。在GO改性GPE的同时,存在GO在聚合物基体分布不均的情况,GO在聚合物中可能发生了一定的卷曲和团簇现象,究其原因是因为GO与PVDF-HFP基体的相溶性差。在此基础上还发现,被GO改性的GPE对金属锂负极的接触性差,导致界面阻抗增加,不利于锂离子在两相界面处的传导。(2)基于上述问题,我们在GO的碳网上接枝了聚环氧乙烷(PEO)链段(记GO-PEO),达到了增加填充物在聚合物基体中的分散性的效果。GO-PEO作为填充物可进一步降低电解质膜的结晶度达19.7%,也进一步提高了离子电导率可达1.6m S/cm,表现出最小的离子运输活化能Ea为0.603J/mol,还保持了高锂离子迁移数。值得注意的是,GO-PEO改性的电解质膜(记:GPEP)对锂金属负极的界面阻抗明显降低,显著提升了对锂金属负极的兼容性。组装成Li/Li体系可在极化电流为1m A/cm~2时进行稳定循环,极化电压只有0.2V。改性后的GPEP组装成LFP/Li体系后,其比容量提升了接近40%,在保持循环稳定性的同时,表现出了更好的倍率性能,5C的电流循环下仍能保有40m Ah/g的放电比容量。