【摘 要】
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近年来,由于国际形势的变换,国家政策的扶持,新能源产业快速发展,而锂电池由于具有便携,轻巧,能量密度高等优点从众多储能器件中脱颖而出,但是由于含有易燃易挥发的有机液态电解质,锂电池的安全性能令人担忧。为了解决锂电池的安全问题,减少有机液态电解质在锂电池中的使用是一种有效可行的方法,为此,凝胶态锂电池和固态锂电池应运而生。虽然凝胶态电解质和固态电解质相对于液态电解质具有较高的安全性,但是它们在室温下
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近年来,由于国际形势的变换,国家政策的扶持,新能源产业快速发展,而锂电池由于具有便携,轻巧,能量密度高等优点从众多储能器件中脱颖而出,但是由于含有易燃易挥发的有机液态电解质,锂电池的安全性能令人担忧。为了解决锂电池的安全问题,减少有机液态电解质在锂电池中的使用是一种有效可行的方法,为此,凝胶态锂电池和固态锂电池应运而生。虽然凝胶态电解质和固态电解质相对于液态电解质具有较高的安全性,但是它们在室温下较差的离子传递能力以及较差的电化学稳定性阻止了它们的进一步的应用。通过添加不同的无机填料和添加剂可以有效地降低固态电解质的结晶度,提高固态电解质和凝胶态电解质的电化学稳定性。本文针对聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)固态电解质和聚碳酸亚乙烯酯(PVCA)凝胶态电解质较差的离子传递能力和较差的电化学稳定性,采用不同的手段对其进行改性以改善其电化学性能和物理性能。1.采用热氧化剥离法制备g-C3N4纳米片,并将其加入到PVDF-HFP固态电解质。通过XRD、红外、热分析等测试可知g-C3N4纳米片的存在可以有效地改变固态电解质内部分子链段的有序排列,降低了固态电解质的结晶度。通过一系列的电化学性能测试,可以发现g-C3N4纳米片的加入有效地降低了固态电解质膜的本体阻抗,提高了电解质膜的离子迁移数、氧化电位和对锂金属负极的稳定性。在引入15%PVDF-HFP和Li TFSI总质量的g-C3N4纳米片后,PVDF-HFP固态电解质膜在室温下的离子电导率从0.85×10-4 S·cm-1增加到了1.67·10-4 S·cm-1,氧化电位从4.35 V增加到4.7 V,与NCM622正极和锂金属负极组装的全电池在0.5 C的充放电倍率下循环100圈,容量保持率为76.6%(高于不加填料的55%),展现出良好的循环性能。2.将商业化的增稠剂硅酸镁锂加入到PVDF-HFP固态电解质中,通过XRD、热分析等测试可以知道硅酸镁锂的加入不仅有效地提高了固态电解质膜的熔点和热稳定性而且降低了固态电解质膜的结晶度。通过电化学性能测试可以发现硅酸镁锂的加入有效地提高了PVDF-HFP固态电解质的离子迁移数,传递离子的能力,氧化电位,锂金属负极和固态电解质之间的稳定性。在添加5%PVDF-HFP和Li TFSI总质量的硅酸镁锂后,固态电解质膜在室温下的各项电化学性能得到了最大的提升,离子电导率高达2.56×10-4 S·cm-1,离子迁移数从0.25增加到0.41,氧化电位高达4.8 V,与NCM622阴极和锂金属阳极组装的全电池在0.5 C的充放电倍率下可以稳定循环50圈(容量保持率为89.6%)3.通过热引发聚合将含有碳酸亚乙烯酯(VC)和LiTFSI的前驱体溶液转化为聚碳酸亚乙烯酯(PVCA)凝胶电解质,并通过提升Li DFOB在凝胶电解质里的含量来提升聚碳酸亚乙烯酯凝胶电解质的氧化分解电位,离子迁移数和对锂金属负极的稳定性。通过电化学电位窗口测试可以发现改性后的聚碳酸亚乙烯酯凝胶电解质的快速氧化分解电位从4.75 V提高到了5.9 V,离子迁移数从0.34升高到了0.54。改性后的聚碳酸亚乙烯酯凝胶电解质与NCM622正极,锂金属负极组装的全电池在0.5 C的充放电倍率下循环320圈后的放电比容量为104.4 m Ah·g-1,高于相同条件下不改性的聚碳酸亚乙烯酯凝胶电解质(70.8 m Ah·g-1)。
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