【摘要】：傳統(tǒng)鋰離子電池由于使用液態(tài)電解液,限制了電池形狀,同時存在安全隱患和循環(huán)穩(wěn)定性差等問題。聚合物固體電解質(zhì)(SPE)從根源上杜絕了高活性、易燃易爆的有機(jī)溶劑,與電極材料反應(yīng)活性低,具有安全、輕薄、粘彈性好、易加工成膜等優(yōu)勢;但目前普遍存在離子電導(dǎo)率低、電化學(xué)穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性差等問題。針對以上問題,本文旨在制備兼具離子電導(dǎo)率高、電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬、循環(huán)穩(wěn)定性好的自支撐聚合物固體電解質(zhì),并探索其在全固態(tài)鋰離子電池中的應(yīng)用。本文采用無溶劑的UV光引發(fā)聚合法,首次制備了基于聚丙交酯-聚乙二醇/雙三氟甲磺酰亞胺鋰(PDLLA-PEG/LiTFSI)的梳狀聚合物固體電解質(zhì)PLA1-SPEs和星形梳狀聚合物固體電解質(zhì)PLA6-SPEs。探究了其物理性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì),并制備復(fù)合電極,組裝磷酸鐵鋰/聚合物固體電解質(zhì)/鋰(LFP/SPE/Li)全固態(tài)電池,進(jìn)行了充放電測試。具體內(nèi)容如下:(1)制備了碳碳雙鍵封端的功能化聚丙交酯PLA1和PLA6。分別以十二烷醇和肌醇引發(fā)D,L-LA開環(huán)聚合,然后將聚合物末端羥基分別進(jìn)行酰氯化反應(yīng),得到線性大分子單體PLA1和星形大分子單體PLA6,經(jīng)~1H NMR、FTIR等證明了其化學(xué)結(jié)構(gòu)。(2)制備并研究梳狀PLA1-SPEs的性能。通過UV光引發(fā)PLA1和聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯(PEGMA)聚合制備PLA1-SPEs。該固體電解質(zhì)膜厚約490μm,均勻、透明,呈無定形態(tài);綜合了PDLLA的剛性與PEG的柔性,可自支撐。其熱分解溫度T_d~(5%)為273℃,玻璃轉(zhuǎn)化溫度T_g較低,在-54~-29℃范圍內(nèi),有利于Li~+傳輸。最佳鋰鹽濃度氧乙烯單元/鋰離子(EO/Li~+)為32,在60℃和25℃下離子電導(dǎo)率分別可達(dá)4.3′10~(-4)S·cm~(-1)和6.9′10~-55 S·cm~(-1);離子電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系符合Arrhenius方程。電化學(xué)穩(wěn)定性窗口為4.8V;與金屬鋰界面相容性好;鋰離子遷移數(shù)t_+為0.345。LFP/PLA1-SPE/Li電池在60℃下的循環(huán)性能較室溫下好,0.2 C下首圈的放電比容量高達(dá)148.4 mAh·g~(-1),循環(huán)200圈后的容量保持率高達(dá)81.8%,顯示出優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能,證實了PLA1-SPE是一種性能良好的鋰離子電池固體電解質(zhì)。(3)制備并研究星形梳狀PLA6-SPEs的性能。通過UV光引發(fā)PLA6和PEGMA聚合制備PLA6-SPEs。該固體電解質(zhì)膜均勻、透明,呈無定形態(tài),可自支撐,厚度約為400μm。PLA6-SPEs膜具有良好的熱學(xué)性質(zhì)。T_d~(5%)和T_g分別為~270℃和-48~-34℃。最佳鋰鹽濃度EO/Li~+為16,此時室溫下的鋰離子遷移數(shù)t_+為0.315,60℃和25℃下的離子電導(dǎo)率分別為9.7×10~(-5) S·cm~(-1)和8.0×10~(-6) S·cm~(-1);離子電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系符合Arrhenius方程。PLA6-SPE膜的分解電壓高達(dá)5.1 V,且對鋰穩(wěn)定性好。由復(fù)合電極、PLA6-SPE組成的LFP/PLA6-SPE/Li電池在60℃、0.2 C下進(jìn)行充放電循環(huán),首圈充電比容量高達(dá)144.7 mAh·g~(-1),循環(huán)250圈后的容量保持率為86.9%,倍率和循環(huán)性能優(yōu)異,證實了PLA6-SPE是一種性能優(yōu)異的鋰離子電池固體電解質(zhì)。
【圖文】：

6圖 1-2 傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子與全固態(tài)鋰離子電池示意圖[19]Figure 1-2 Schematic illustration for conventional and all-solid-state LI

圖 1-3 PEO-SPE 的導(dǎo)電機(jī)理示意圖[31, 33]Figure1-3 Ion conductive mechanism of PEO-SPE認(rèn)為，在溫度高于Tg時，無定形區(qū)鏈段的連續(xù)運(yùn)動對離子傳，非晶相的增加可以提高離子電導(dǎo)率，，甚至提能高固態(tài)電解
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ317;TM912

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2627797