鋰離子電池用硅甲氧基聚環(huán)氧丙烷電解質(zhì)的制備和性能表征.pdf

1、聚合物電解質(zhì)是鋰離子電池的關(guān)鍵組成部分之一，具有隔絕正負極片、避免電池短路和提供鋰離子傳輸?shù)淖饔?。本論文通過添加液體增塑劑、無機納米材料和塑性晶體設(shè)計并制備了以硅甲基甲氧基封端的低聚環(huán)氧丙烷（BSPPO）為基體凝膠、復(fù)合凝膠、復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)。采用紅外光譜（FTIR）、差示掃描（DSC）、熱重分析（TGA）、交流阻抗、線性伏安掃描（LSV）、極化電流-時間曲線等方法分別對聚合物電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性能、電化學(xué)性能及電池性能進行了測試。

2、該聚合物電解質(zhì)不僅表現(xiàn)出較高的力學(xué)強度和熱穩(wěn)定性，還具有較高電化學(xué)穩(wěn)定性，良好的離子電導(dǎo)率以及高的離子遷移數(shù)。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）化學(xué)交聯(lián)法制備了 BSPPO基凝膠聚合物電解質(zhì)（ BSPPO-LiBOB-PC），并且考察了聚合物電解質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。研究結(jié)果表明，當(dāng)聚合物電解質(zhì)中-O/Li摩爾比為8:1，PC質(zhì)量分數(shù)為15％時，其室溫離子電導(dǎo)率最高，可達7.55×10-4 S cm-1，此時，其具有較寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口

3、（4.6 V vs. Li+/Li），高的鋰離子遷移數(shù)（tLi+=0.56），良好的力學(xué)強度（1.12 MPa）和熱穩(wěn)定性。Li-LiFePO4電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，1000次循環(huán)后容量保持率為80%，在2 C下放電容量為80 mAh g-1。
　?。?）添加納米 Al2O3制備了 BSPPO基復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)（ Al2O3-BSPPO-LiBOB-PC）。研究結(jié)果表明，當(dāng) Al2O3納米粒子質(zhì)量分數(shù)為15%時，

4、該凝膠聚合物電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率最高，可達1.1×10-3 S cm-1，電化學(xué)穩(wěn)定窗口為4.8 V（vs. Li+/Li），離子遷移數(shù)為0.61，同時表現(xiàn)出較高的拉伸強度（1.53 MPa）和良好的熱穩(wěn)定性。Li-LiFePO4電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，100次循環(huán)后容量保持率為95%，在2 C下放電容量為95 mAh g-1。說明納米Al2O3不僅提高電解質(zhì)的力學(xué)強度，而且還改善了電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率以及其與金屬鋰的界面穩(wěn)定

5、性。
　?。?）化學(xué)交聯(lián)法制備了摻雜塑性晶體丁二腈的 BSPPO基復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)（BSPPO-SN-LiBOB），丁二腈的加入有效的提高了聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。研究結(jié)果表明，當(dāng)丁二腈含量為30 wt%時，該聚合物電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率最高，可達5.3×10-4 S cm-1，此時，聚合物電解質(zhì)室溫和高溫下都表現(xiàn)出良好的電化學(xué)穩(wěn)定性（>5 V vs. Li+/Li），較高的鋰離子遷移數(shù)（25℃下tLi+為0.24，50℃下t

6、Li+為0.32，80℃下tLi+為0.42）以及良好的熱穩(wěn)定性。Li-LiFePO4電池在25℃下表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性（放電倍率：0.1 C），50次循環(huán)后容量保持率為96.3%；50℃和80℃下電池表現(xiàn)出良好循環(huán)穩(wěn)定性（放電倍率：0.5 C）和倍率性能，100次循環(huán)后容量保持率分別為92%和90%，在1 C下放電容量分別為103 mAh g-1和112.8 mAh g-1。Li-LiFe0.2Mn0.8PO4電池在50℃下表現(xiàn)出較