基于螺旋聚氨酯固态电解质的制备及其锂电池应用研究

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangzhuo2009ny
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高安全性能,高能量密度锂电池是当前储能领域重点研究方向之一。固态聚合物电解质(SPE)能够避免电解液的使用,消除漏液问题,显著改善锂电池的安全性能。同时,对于高能量密度锂负极的使用,SPE能够有效抑制锂枝晶生成,提高电池的循环稳定性和倍率性能。本论文首先将螺旋聚氨酯(LPU)与聚氧化乙烯(PEO)共混,加入锂盐,制备了全固态PEO@LPU电解质。并与基于外消旋聚氨酯的SPE进行了对比分析;同时,采用逐步缩聚反应制备了网状交联螺旋聚氨酯-聚乙二醇共聚物,并与锂盐共混制备了交联网状PEG@LPU全固态电解质,与不含螺旋聚氨酯的体系进行了对比。对得到的两大类SPE进行了详细的结构表征、电化学性能测试和电池性能评价,具体内容如下:(1)以L-酪氨酸为原料合成了LPU,再与PEO共混复合,加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂得到复合PEO@LPU全固态电解质。相比单纯PEO体系,PEO@LPU电解质的稳定性和力学性能得到了较大提高。在60℃下,最优化的PEO@LPU电解质的电化学窗口>4.5V(相对于Li+/Li),离子电导率达到4.92×10-5S cm-1,离子迁移数为0.37。以PEO@LPU电解质组装LiFePO4/Li电池,在0.1C,60℃下的比容量为153 mAh g-1,循环80圈后的容量保留率达到83.6%,库伦效率接近100%,显著优于基于外消旋聚氨酯的SPE(PEO@DLPU)和单纯PEO基电解质。(2)以HDI三聚体为交联剂合成了网状交联螺旋聚氨酯-聚乙二醇共聚物,加入锂盐得到交联网状结构PEG@LPU全固态电解质。PEG@LPU电解质的结晶性低于PEG体系,同时表现出较好的热力学稳定性以及优异的电极-电解质界面性能。在60℃下,PEG@LPU电解质的电化学窗口和锂离子迁移数分别为4.62 V和0.46。在30℃下,PEG@LPU电解质的离子电导率达到2.36×10-66 S cm-1,为单纯PEG体系(1.85×10-88 S cm-1)的128倍。以PEG@LPU电解质组装LiFePO4/Li电池,0.2C,60℃条件下,电池初始放电容量达到143 mAh g-1,循环30圈后的容量保留率是95.1%,库伦效率接近100%,显著优于单纯PEG交联体系。综上,螺旋聚氨酯的加入显著改善了传统聚合物电解质基体的电化学性能,所制备的两类PEO@LPU、PEG@LPU固态电解质综合性能优异,具有较大的固态锂电池应用潜力。
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