【摘 要】
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日前,移动电子设备和电动车的发展日新月异,锂二次电池作为一种能量存储元件而备受瞩目。有机液体电解质因具有超高的离子传导性,可以使锂离子在正负极之间穿梭自如而被普遍使用,然则,有机液态电解质所存在的问题及安全隐患却难以解决,例如:液态电解质易发生泄露挥发、与锂金属易发生副反应产生易燃易爆物质、锂树枝状晶体生长可刺穿隔膜等。开发高能量密度、高安全性的固态电解质来代替有机液态电解质已引起了各方研究者的兴
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日前,移动电子设备和电动车的发展日新月异,锂二次电池作为一种能量存储元件而备受瞩目。有机液体电解质因具有超高的离子传导性,可以使锂离子在正负极之间穿梭自如而被普遍使用,然则,有机液态电解质所存在的问题及安全隐患却难以解决,例如:液态电解质易发生泄露挥发、与锂金属易发生副反应产生易燃易爆物质、锂树枝状晶体生长可刺穿隔膜等。开发高能量密度、高安全性的固态电解质来代替有机液态电解质已引起了各方研究者的兴趣。不过固态电解质的部分性能指标仍有待探究,如较低的离子传导性能、界面接触不佳以及金属锂的稳定性能等。针对以上问题,本文使用聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)作为主要基体,通过引入聚碳酸丙烯酯(PPC)、Li0.33La0.557Ti O3(LLTO)进行复合改性,主要研究内容和结果如下:1.首先通过静电纺丝-高温煅烧法制备直径和长度分别约为200 nm和1μm LLTO纳米棒,继而与PVDF-HFP基固态电解质相复合,利用涂膜机以PE膜为支撑材料进行涂敷,并利用XRD、TG/DSC、充放电测试等方法探究了不同含量LLTO纳米棒对复合固态电解质(SCE)的性能影响。结果证明,含有10 wt%LLTO纳米棒的SCE电化学性能最佳,其离子电导率达到1.21×10-4 S·cm-1,离子迁移数为0.41,化学稳定性窗口最佳为4.7 V。以NCM622为正极,金属锂片为负极组装NCM622/SCE(10 wt%LLTO)/Li电池,0.5 C下初始放电比容量为150.6m Ah·g-1,循环100次放电比容量为129.1 m Ah·g-1。2.探究PVDF-HFP与PPC的不同比例对复合固态电解质的性能影响,并利用XRD、离子电导率、倍率等性能进行实验表征。结果表明,当PVDF-HFP与PPC的比例为1:1时,链段无序排列的区域达到最大,离子导电能力最高。其中离子电导率为0.25×10-4 S·cm-1,电化学稳定电压高达4.8 V,锂对称电池可稳定循环1300小时,与金属锂有较强的稳定性。同时,组装成固态电池NCM622/SCE(1:1)/Li进行相应测试,表现了出色的充放电性能。3.在PVDF-HFP/PPC基体的基础上,进一步添加不同含量的活性纺丝填料LLTO纳米棒制备有机/无机多相复合固态电解质(MSCE)。结果证明,当PVDF-HFP:PPC=1:1时,LLTO纳米棒的含量为10 wt%时,离子电导率升到2.18×10-4S·cm-1,离子迁移数为0.47,Li/SCE(10 wt%LLTO)/Li电池可稳定循环2000 h,并没有出现锂枝晶生长问题,提升了循环稳定性,同时可适用于长循环。NCM622/MSCE(10 wt%LLTO)/Li固态电池循环100次后的放电比容量为142m Ah·g-1。
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