论文部分内容阅读
锂离子电池是目前商业化应用最为广泛的电化学储能体系之一,它具有能量密度高、使用寿命长等优点。然而,传统的锂离子电池使用有机电解液,带来了易燃易爆炸的安全问题。使用聚合物固态电解质代替有机电解液能够有效避免这一问题。但聚合物电解质有离子导电能力差、离子迁移数低等问题。为了提高聚合物固体电解质的电化学性能,本论文通过在PEO聚合物电解质体系中引入惰性Zr O2、惰性Y掺杂Zr O2(YSZ)等无机填料,制备改性的PEO基复合聚合物电解质,研究其电化学性能,并通过组装全固态电池对电解质的电化学性质进行评价。首先通过溶液浇筑法制备PEO/Li TFSI聚合物电解质,研究电解质的组成与温度对聚合物电解质物理性能与离子导电能力的影响。当EO:Li=16:1时,电解质具有良好的成膜能力与室温离子电导率,为5.65×10-5 S/cm,随着温度升高至60℃,电解质的离子电导率提高至2.34×10-4 S/cm。为了改善电解质的电化学性能,在PEO聚合物电解质中加入无机填料Zr O2,制备复合电解质PEO/Zr O2(ZCPE),探索了填料浓度对ZCPE性能的影响。研究表明,Zr O2的加入提高了ZCPE的成膜性能与机械强度。当Zr O2质量比为10%时,ZCPE的室温电导率为9.8×10-5 S/cm,60℃时电导率提高至3.51×10-4 S/cm。为了进一步提高PEO基电解质的离子电导率,以Y掺杂Zr O2(YSZ)为无机填料,制备复合电解质PEO/YSZ(YCPE)。YCPE中YSZ分散均匀没有发生明显的团聚,同时Li TFSI在聚合物基体中充分解离。当YSZ质量比为5%时,YCPE的电化学窗口由4.8 V提高至5.2 V。由于YSZ中的氧空位与PEO、Li TFSI间的Lewis酸碱协同作用,YCPE的离子迁移数从0.24提高至0.34。采用组装Li对称电池测试YCPE与金属锂间的电化学稳定性,YCPE能够在0.5 m A/cm2的电流密度下稳定工作100 h不发生短路。为了进一步评价聚合物电解质全电池的电化学性能,采用Li Fe PO4正极、Li负极组装全固态电池。在60℃、0.5 C的电流下,PEO/Li TFSI作电解质时,全电池的初始放电比容量为112.6 m Ah/g,在循环50圈后容量降低为107.8 m Ah/g,容量保持率95.7%。相同条件下YCPE作为电解质时,全电池初始放电比容量增大为164.5 m Ah/g,循环50圈后容量降低至156.3 m Ah/g,容量保持率95.2%。在1 C的电流下,PEO/Li TFSI作电解质时全电池初始放电比容量为109.8 m Ah/g,循环50圈后降低到95.1 m Ah/g,容量保持率86.6%。相同条件下YCPE作电解质时,全电池的初始放电比容量为150.5m Ah/g,循环50圈后比容量降低为143.1 m Ah/g,容量保持率94.7%。