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近年来,在以手机、笔记本电脑、纯电动汽车等产品旺盛需求的带动下,锂电池在同体积下容量更大,且生产、使用与回收过程绿色环保的特点,因而已被广泛应用于消费电子与储能产品领域。但是目前液态锂离子电池存在安全隐患以及日益不能满足小型移动设备需求,同时市面上凝胶态聚合物电解质和聚合物电解液存在粘度大、后期加工制备电池困难等问题,因此开发具有良好的热稳定性、安全性能及易于加工特性的新型凝胶聚合物电解质受到了研究人员的重点关注。 为了解决凝胶聚合物电解质不易加工的问题,首次将聚合物电解质制备成压敏胶的形式。该产品具有紫外光固化性能和压敏性能,成膜简单,可与电极材料具有粘结性,提高电导率和力学性能的同时也降低了界面接触电阻,可以像正负极材料、电解液、隔膜等产品一样,独立于电芯的加工程序进入锂电池材料的供应链,打破原来聚合物电解质需要原位制备或者溶液涂覆隔膜的技术路线,简化聚合物锂离子电池的制备工艺。 以PEG为核心,分别与TDI、IPDI、PDMS、HEA以及MAH反应合成了四种不同的预聚体:(Ⅰ) PEG-TDI-HEA、(Ⅱ) PEG-IPDI-HEA、(Ⅲ)PEG-IPDI-PDMS-HEA、(Ⅳ)PEG-MAH,并利用FT-IR对反应过程和获得的产物进行结构表征,产物结构与设计相符。光固化实验结果表明,含PEG-IPDI-PDMS-HEA预聚体的光固化树脂体系固化性能最佳,并在离型纸上具有良好的涂布性能。压敏胶膜表面有粘性和弹性,并具有一定的机械性能、剥离性能,与锂电池的正、负材料具有良好的粘附效果。通过优化PEG分子量、NCO∶OH投料比以及偶联剂用量,并对其压敏胶膜进行吸液量、机械性能和剥离性能等表征,其中以PEG-2000为核心、NCO∶OH=2∶1、偶联剂用量为1-1.8wt%的PEG-IPDI-PDMS-HEA预聚体形成的压敏胶膜综合性能最佳。 以PEG-IPDI-PDMS-HEA预聚体为模型聚合物,优化光固化树脂体系的配方组成,分别考察了光引发剂用量、聚合行为、交联单体种类及其用量、液体电解液的用量、功能锂盐种类及其用量对导电压敏胶的理化性能、电化学性能的影响。引发剂添加量为0.5wt%时,导电压敏胶膜的界面阻抗最低、整体性能较好;对光固化树脂进行紫外光照120s后,基本达到最大的双键转化率。以PETA为交联剂的导电压敏胶的吸液量较低,机械性能较佳,阻抗明显低于其它体系。采用压敏胶组装凝胶聚合物电解质的锂电池首次充放电效率为90.4%,并且其前四次循环容量基本稳定,说明压敏胶经电解液活化后,可作为凝胶聚合物的基质材料。 添加不同种类锂盐对光固化树脂进行掺杂改性,制备导电压敏胶,研究了锂盐对凝胶聚合物电解质性能的影响,其界面阻抗明显低于商业隔膜,其中LiDFOB体系的界面阻抗最低,说明功能锂盐的添加有利于提高电导率。5wt%LiDFOB体系导电压敏胶膜的聚合物网络中有丰富的微孔结构,可有效吸附液体电解液,并且在265℃内具有良好的热稳定性,符合锂离子电池的应用要求。使用5wt%LiDFOB体系导电压敏胶制备的GPE的氧化分解电压为4.65V,与电极材料具有良好的界面稳定性,使用该凝胶聚合物电解质的纽扣锂离子电池充放电循环性能良好。但所制备的凝胶聚合物电解质软包全电池吸液后膨胀,直流电阻140mΩ,是采用商业隔膜的2倍,电池性能较差,暂时充不上电,需进一步改进。