PVDF基复合固态电解质及其全固态锂电池性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wadfgh1234
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全固态锂金属电池具有能量密度高、安全性能好等优点,被认为是一种具有巨大发展潜力和应用前景的新型电池系统。作为全固态锂电池的关键部件,开发具有高离子电导率和优秀界面稳定性的固态电解质是实现全固态电池应用的基础条件。其中,聚偏氟乙烯(PVDF)基复合固态电解质以其优越的电化学和机械性能在众多复合电解质体系中脱颖而出。本工作首先探究了无机-有机复合固态电解质内部各组分之间的相互作用,并研究其协同作用对电解质离子电导率的影响。其次以改善PVDF体系复合电解质界面问题为目的,分别添加四氟对苯醌(TFBQ)和聚氧化乙烯(PEO)作为添加剂,通过其自发形成的固态电解质界面膜(SEI)来构建界面工程。在LATP-PVDF/Li复合电解质体系中,少量残留的极性溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)不仅能促进Li TFSI的解离,还能与Li+形成富锂配位物[Li(DMF)nTFSI],其具有离子液体的性质,能极大的提高离子电导率。同时,高浓度Li TFSI提供了大量游离的Li+和TFSI-,后者聚集形成阴离子团簇,并通过填料Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)的联结作用形成独特的快速传导通道网络。由于LATP-PVDF/Li复合电解质各组分之间的协同效应,其获得了较高的离子电导率和优秀的电化学稳定性,并且电解质各组分间的相互作用使得其整体的防火安全性能得到了提高。为了改善PVDF基体与锂金属间的界面相容性,分别设计了PVDF/Li-TFBQ和PVDF/Li-PEO体系的复合固态电解质,其得益于高浓度锂盐的策略依旧表现出较高的离子电导率。同时,作为改性添加剂的TFBQ和PEO也都降低了PVDF基体的结晶度,扩大其无定形区域进而促进了离子的传导。值得强调的是,这两种添加剂均能与锂金属反应自发形成稳定的SEI层,达到了引导锂离子均匀沉积和增强电池循环性能的目的。通过对添加剂加入前后样品的分析得知,TFBQ以及PEO可在电解质和锂阳极之间形成以Li F、Li2CO3和Li2TFBQ等为主的含锂稳定相,其可促进离子载流子的传导,同时阻碍电子传输,这有助于稳定界面。以PEO作为添加剂改性后的PVDF/Li-PEO电解质,其形成了沾粘性和润湿性更好的表面,并由此来改善软包电池的界面相容性和贴合度。
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