LLTO填充PEO及聚膦腈固态电解质的研究

发布时间：2020-07-11 18:53

【摘要】：近年来,锂金属凭借着其较高的比容量(~3,860 mAh/g)和较低的电极电位(-3.0401 V)重新进入了人们的视野,为了解决锂金属电池的安全性问题,固态电解质的研究受到了越来越多人的关注。与传统的酯类和醚类有机液体电解液相比,固态电解质能有效的避免液态电解质泄露和锂枝晶的刺穿。但是目前常见的固态电解质的室温电导率较低、力学性能较差,不能满足商业化的使用要求,严重限制了其商业化使用。本文选取零维Li0.33La0.557TiO3 纳米颗粒(LLTO NPs)与一维 Li0.33La0.557TiO3 纳米线(LLTO NWs)无机固态电解质作为活性填料与聚氧化乙烯(PEO)和侧链改性的聚膦腈(PDCP+MPEG350)进行复合,通过特殊的结构设计,制备了多种具有高室温电导率和优良力学性能的新型固态电解质,并对其结构和力学及电化学性能进行了表征。1、三明治结构复合固态电解质:将高电导率的LLTO纳米线添加到PEO基聚合物固态电解质中作为中间层,与PVDF静电纺丝薄膜组合成三明治结构的电解质,而后浸润少量的有机电解液。研究发现PVDF静电纺丝薄膜的加入隔绝了 LLTO纳米线与金属锂的接触,有效的避免了 Ti4+与金属锂发生的还原反应,提高了电池循环的稳定性,同时,PVDF静电纺丝薄膜的加入还对电解质的界面阻抗,锂离子迁移数产生积极的影响。实验结果表明,该三明治结构固态电解质的室温电导率可以达到3.01x10-3 S/cm,以三明治结构固态电解质组装的LiCoO2/电解质/Li锂金属电池具有良好的倍率性能和循环性能。在室温条件下,以2C的倍率充电100周后容量保持率可以达到91.8%,以1 C,2C,3C,4C和5C的倍率放电时容量分别为 144 mAh/g,132 mAh/g,122 mAh/g and 110 mAh/g。2、具有双重导离子功能的聚膦腈基全固态电解质:通过静电纺丝工艺将LLTO纳米颗粒纺入聚丙烯腈(PAN)纤维中制备出自支撑骨架,将聚膦腈和锂盐的乙腈(ACN)溶液注入自支撑骨架中,放入真空烘箱中充分干燥,制得具有3D导离子功能的聚膦腈基全固态电解质。因为聚膦腈电解质的玻璃化转变温度较低,醚氧能团具有较好活动能力,有利于锂离子的传输。该全固态电解质的室温电导率可以达到1.26×10-4 S/cm,电化学窗口可以达到4.5V,另外,因为PAN@LLTO纤维的作用,聚膦腈基电解质的力学性能得到了较大幅度的提高,其拉伸强度最高可以达到2.95MPa。以上对于电解质结构的设计为解决电解质材料的电导率、界面问题和力学性能提供了良好的解决方案。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TM912
【图文】：

图１－１．锂离子电池工作机理示意图［２］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｉｎｔｅｒｉｏｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｉｎ邋Ｌｉｔｈｉｕｍ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ逡逑

LLTO填充PEO及聚膦腈固态电解质的研究

图１－２不同类型的锂离子电池（ａ）圆柱形；（ｂ）纽扣形；（ｃ）方形；（ｄ）软包［４］逡逑Ｆｉｇ．１－２邋Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｋｉｎｄｓ邋ｏｆ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ邋（ａ）邋Ｃｙｌｉｎｄｅｒ－ｓｈａｐｅｄ；邋（ｂ）邋Ｂｕｔｔｏｎ邋ｃｅｌｌ；邋（ｃ）邋Ｐｒｉｓｍａｔｉｃ邋ｃｅｌｌ；逡逑（ｄ）邋Ｐｏｕｃｈ邋ｃｅｌｌ．逡逑

LLTO填充PEO及聚膦腈固态电解质的研究

图３－１三明治结构固态电解质示意图逡逑Ｆｉｇ．３－１邋Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｓａｎｄｗｉｃｈ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ逡逑

【参考文献】