含有机硼酸锂的聚合物电解质的制备及性能研究

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随着现代化进程的不断加快,人们迫切需要一种新型、高效、绿色的能源以适应当今社会的发展模式。锂离子电池作为21世纪最具影响力的储能设备引起了人们的关注,并广泛应用于工业、生活等各个领域。然而现有的锂离子电池仍有着许多不足,本文就锂离子电池电解质领域,制备并研究了几种新型的聚合物电解质。首先向P(VDF-HFP)-PEO聚合物体系中添加不同质量分数的醋酸纤维素CA,采用相转化法制备出一系列不同质量比的隔膜,并与LiClO4溶液组成凝胶态聚合物电解质(GPE-LiClO4)。后对隔膜及GPE进行表征,SEM、吸液率实验结果显示CA15%-P(VDF-HFP)-PEO隔膜孔隙结构良好、分布更为均匀,同时吸液效果显著,这将有利于锂离子的传输;交流阻抗法测得室温下该比例GPE的离子电导率达到5.15×10-3S·cm-1;TGA、DSC表征结果发现CA的加入改变了体系热熔性质,降低了PEO的结晶度,同时250℃内不发生热分解;后对Li/15%CA-GPE-LiClO4/SS体系进行LSV测试,发现其电化学窗口达到4.5V,满足一般锂离子电池的使用条件。成功合成三种含硼类锂盐双草酸硼酸锂LBOB、双邻苯二酚硼酸锂LBBB、双3-氟邻苯二酚硼酸锂FLBBB,并以CA15%-P(VDF-HFP)-PEO隔膜作为聚合物基体,制备了三种凝胶态聚合物电解质(GPE-LBOB、GPE-LBBB、GPE-FLBBB),用交流阻抗法测试发现三种GPE室温下离子电导率均达到10-3S·cm-1。后选择以GPE-FLBBB作为电解质分别组装Li/GPE-FLBBB/SS半电池和LiFePO4/GPE-FLBBB/Li全电池,对相关电化学性能进行研究,结论如下:GPE-FLBBB的氧化电位达到4.25V,在此电压内的充放电实验结果表明GPE-FLBBB电池有着较高的电池容量,0.1C下的容量达到175mAh·g-1。在进行100次循环之后发现GPE-FLBBB电池仍保持着较好的电池容量和库伦效率。表明GPE-FLBBB作为锂离子电池电解质潜在的应用价值。最后以三种LBOB、LBBB、FLBBB为电解质锂盐,P(VDF-HFP)-PEO为聚合物基体,制备了三种全固态电解质(SPE-LBOB,SPE-LBBB,SPE-FLBBB)。通过SEM和XRD表征证实了含硼类锂盐在P(VDF-HFP)-PEO体系中能够均匀分散,对三种SPE进行热重分析结果进行讨论,发现LBOB与聚合物基体的相互作用最强。后使用交流阻抗法和LSV测试三种SPE的电化学性能,结果显示室温下三种SPE的离子电导率均达到10-5S·cm-1且均具有较宽的电化学窗口。
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