聚偏氟乙烯-六氟丙烯聚合物固态电解质的复合改性研究

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固态锂电池具有安全性高,能量密度高,续航能力强等优点,现已被广泛研究。固态电解质作为其中的关键组成部分,往往能直接决定锂电池的性能。聚合物固态电解质因具有很好的柔性及质轻等优点引起了广大研究者的关注,但是室温下离子电导率低,界面稳定性差等问题限制了其商业应用。本课题为了解决这些问题,对Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)(PVDF-HFP)基聚合物电解质进行无机材料复合改性,旨在提高其离子电导率、热力学性能和界面稳定性,最终获得性能优异的复合固态电解质。在聚合物固态电解质与二维材料氧化石墨烯(GO)复合改性的实验中,通过结构及性能的分析表明,聚合物电解质与GO复合之后性能得到提升。在GO复合比例为0.5 wt.%时,PVDF-HFP/LITFSI/GO复合固态电解质在室温下离子电导率为7.43×10-5 S·cm-1,电化学稳定窗口大于4.5 V,而且具有优异的抑制锂枝晶生长的能力。一方面,将PVDF-HFP/LITFSI/GO(0.5 wt.%)复合固态电解质与LiFePO4组装进行全固态锂电池测试,在高温(55℃)、0.2 C倍率下循环200圈之后比容量保持在133.2 mAh·g-1。另一方面,通过界面修饰之后组装固态电池在高温及室温下进行测试。结果表明,与全固态电池相比,电化学性能特别是室温性能得到很大的提升。在聚合物固态电解质与三维石榴石陶瓷LLZTO粉末复合改性的实验中,通过固态反应法制备石榴石LLZTO,在1150℃的环境下烧结12 h得到的陶瓷片离子电导率最高,室温下为5.68×10-4 S·cm-1。将LLZTO与PVDF-HFP/LiTFSI聚合物固态电解质复合之后提高了体系的热力学性能、离子电导率及界面稳定性。本课题探究LLZTO在体系中最优的复合比例。在最优复合比例12.5 wt.%时,复合固态电解质在室温下电导率为8.80×10-5 S·cm-1,电化学稳定窗口大于5 V。一方面,将PVDF-HFP/LITFSI/LLZTO(12.5 wt.%)复合固态电解质与LiFePO4组装全固态锂电池进行高温测试,在0.2 C倍率下循环200圈之后比容量仍保持在127.7mAh·g-1。另一方面,通过界面修饰组装固态电池进行测试,结果表明0.5 C倍率(室温)下进行500圈的长循环后,比容量没有发生明显的衰减。本课题的研究为固态电解质的开发提供了思路和方法。
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