【摘 要】
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固态电池由于其高安全性、高能量密度和宽工作温度区间受到了人们的广泛关注,并成为日益增长的电子消费市场中潜在的电化学储能设备发展方向。聚合物固态电解质作为最常见的固态电解质有着易制造、高柔韧性、低成本、质量轻等优点,但是它较低的离子电导率和较差的机械性能限制了其发展。无机陶瓷固态电解质具有较好的机械性能和较高的离子电导率。然而,它们与电极间界面接触差的问题还需解决。复合固态电解质能够结合这两种电解质
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固态电池由于其高安全性、高能量密度和宽工作温度区间受到了人们的广泛关注,并成为日益增长的电子消费市场中潜在的电化学储能设备发展方向。聚合物固态电解质作为最常见的固态电解质有着易制造、高柔韧性、低成本、质量轻等优点,但是它较低的离子电导率和较差的机械性能限制了其发展。无机陶瓷固态电解质具有较好的机械性能和较高的离子电导率。然而,它们与电极间界面接触差的问题还需解决。复合固态电解质能够结合这两种电解质高离子电导率、优秀机械性能和良好界面接触的优点,是应用于固态电池的合理选择。当前,复合固态电解质的研究重点是进一步提高离子电导率。本研究论文基于填料设计,制备一维结构的开放式锂镧钛氧Li0.33La0.557TiO3（LLTO）纳米管和LLTO纳米线加入聚丙烯腈（PAN）聚合物基底中制备性能优异的复合固态电解质,并研究了填料结构对电解质离子传输能力的影响。具体如下:1.通过静电纺丝法制备LLTO纳米线材料作为离子导体,加入到PAN基的聚合物固态电解质中制备LLTO纳米线/PAN复合固态电解质。具有一维结构的LLTO纳米线相较于传统的颗粒填料能够提供连续的离子传输路径,可以使离子沿着LLTO纳米线快速迁移。此外,LLTO纳米线作为活性填料能够提高复合固态电解质中的锂离子浓度,降低锂离子的迁移阻力。基于这些优势,该复合固态电解质表现出高离子电导率(1.6×10-4S cm-1)。2.通过梯度静电纺丝可控热解法制备由小纳米颗粒相互连接组成的开放式LLTO纳米管,制备LLTO纳米管/PAN复合固态电解质。纳米管内部的管道和管壁颗粒间的间隙能够提供三维的离子传输通道。此外,纳米管大的比表面积可以提供更多的具有快速传输离子能力的填料/聚合物界面区域。纳米管表面孔洞能够增强填料和聚合物间的相互作用,提高电解质中锂离子的浓度。结合电化学表征,LLTO纳米管/PAN复合固态电解质的离子电导率高达3.6×10-4S cm-1;活化能为0.13 eV;电化学窗口5 V;锂锂循环超过1000 h;在锂-磷酸铁锂电池中可以在0.5 C的电流密度展现142.5 mAh g-1的容量并在循环100圈后容量保持率为90%;使用三元正极材料组装的电池在3-4.3 V下稳定循环50圈。这个工作表明,设计的一维LLTO纳米管作为填料加入到复合固态电解质中能够增强离子的输运能力,为制备高性能的固态电解质提供了一种新的方法和策略。
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