新型聚合物電解質(zhì)在高比能量鋰電池中的應(yīng)用及研究.pdf

1、鋰離子電池在諸多方面都展示了廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)利益，被認(rèn)為是最好的電動(dòng)汽車動(dòng)力電源方案。但隨著人們對(duì)電動(dòng)汽車需求的不斷提升，對(duì)鋰電池的能量密度等方面有了更高的要求，發(fā)展更高能量密度的電池體系顯得極為迫切。然而，當(dāng)前傳統(tǒng)鋰電池中應(yīng)用的非水系電解液在高電壓下分解的問題極大的限制了高電壓鋰電池的使用。在高電壓鋰電池中，商業(yè)有機(jī)電解液很難在高于4.3 V以上的工作電壓下保持電化學(xué)穩(wěn)定，并且在高電壓充電過程中電解液在與電極表面接觸的界

2、面受到過渡金屬離子的催化作用持續(xù)分解，形成過厚的鈍化層，最終導(dǎo)致電池性能大大降低。聚合物電解質(zhì)具備較高的安全性、優(yōu)越的外形設(shè)計(jì)靈活性以及更高的質(zhì)量比能量，能有效解決上述傳統(tǒng)電解液使用所帶來的問題，成為新一代鋰離子二次電池研究的熱點(diǎn)。本文針對(duì)高電壓鋰電池聚合物電解質(zhì)存在的問題，進(jìn)行了相關(guān)研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴成功制備了一種剛?cè)岵?jì)的基于聚氰基丙烯酸乙酯(PECA)-聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)無紡布骨架的復(fù)合凝膠聚合物

3、電解質(zhì)。這種電解質(zhì)表現(xiàn)出了良好的機(jī)械強(qiáng)度(38MPa)、寬的電化學(xué)窗口(4.7 V)以及高的室溫離子導(dǎo)電率（2.6×13Scm?1）。將基于聚氰基丙烯酸乙酯的凝膠聚合物電解質(zhì)匹配Li[N i0.5Co0.2Mn0.3]O2/石墨組裝成電池，電池循環(huán)性能大大提高：在3.6~4.3 V電壓下充放電循環(huán)200圈后容量保持率達(dá)到91％；在充電截止電壓提高到在4.6 V進(jìn)行充放電循環(huán)時(shí)，循環(huán)200圈后其放電容量仍然能夠達(dá)到首次放電容量的70%，遠(yuǎn)

4、遠(yuǎn)優(yōu)于基于液態(tài)電解液組裝的三元材料/石墨全電池。另外，得益于凝膠電解質(zhì)有效的抑制了有機(jī)溶劑的分解和活性過渡金屬元素的沉積溶解，基于凝膠聚合物電解質(zhì)組裝的電池在高電壓循環(huán)下表現(xiàn)出了較高的充放電效率。⑵通過溶液澆灌法制備了一種基于聚碳酸丙烯酯-纖維素的復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)。我們分別對(duì)樣品的微觀形貌進(jìn)行表征，并對(duì)其機(jī)械強(qiáng)度及電化學(xué)方面的交流阻抗、線性伏安掃描和電池性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明：SEM測(cè)試該復(fù)合聚合物電解質(zhì)形貌均勻，表面平整沒有孔隙

5、的存在，機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試表明其復(fù)合聚合物就有良好的力學(xué)性能。與液態(tài)電解質(zhì)浸沒隔膜相比，在室溫下該復(fù)合電解質(zhì)浸泡電解液后表現(xiàn)出了更高的離子電導(dǎo)率（1.14×10?3Scm-1）、更高的離子遷移數(shù)（0.75）以及更穩(wěn)定的電化學(xué)窗口（5V）。上述優(yōu)點(diǎn)使其基于此凝膠聚合物電解質(zhì)的鎳錳酸鋰電池在5V高電壓下循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能大大提高。⑶鋰硫電池由于自身具有高比能量密度以及價(jià)格優(yōu)廉等優(yōu)點(diǎn)得到了人們?cè)絹碓綇V泛的關(guān)注，但是其自身由于在反應(yīng)過程中聚硫離子的