塑性晶体复合聚丙烯酸酯电解质制备与电化学性能研究

摘要

传统液态电解质锂离子电池由于使用碳酸酯类有机溶剂，存在泄露、腐蚀、起火等安全隐患，且锂金属电极在有机电解液中晶枝生长不受抑制，阻碍了锂金属二次电池的实际应用。使用聚合物电解质代替隔膜电解液可以有效解决上述问题。聚合物电解质不含易挥发的液态溶剂，安全性显著提高，同时具有易成膜、粘弹性好、轻薄、应用灵活等优势。本文针对当前聚合物电解质室温离子电导率较低、机械强度较差、电极—电解质界面阻抗较大等关键性问题，采用原位聚合和紫外固化法制备了塑性晶体复合的聚合物电解质，研究了聚合物电解质在LiFePO4/聚合物电解质/Li等聚合物电池中的电化学性能。
　　以乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPETA）为单体，采用原位聚合法制备了磺化无纺布支撑的丁二腈塑性晶体复合的聚合物电解质，原位聚合可以形成紧密的界面接触，降低界面阻抗，无纺布的3D空间网络为聚合物电解质提供了良好的支撑载体，同时显著增强了聚合物电解质的机械强度和热稳定性。制备的聚合物电解质具有0～4.70 V的电化学稳定窗口，室温下离子电导率达0.89×10-3S/cm，55℃时提高到2.72×10-3S/cm，锂离子迁移系数达0.42，电解质与锂金属电极兼容性良好，可以抑制晶枝生长，组装的LiFePO4/原位聚合电解质/Li聚合物电池室温下0.2C循环200次后容量达151.0mAh/g，容量保持率约为首次的97.4%，0.5C循环150次容量没有任何衰减，55℃下1C倍率放电容量达156.5mAh/g，8C大电流下容量依然可以发挥117.7mAh/g。
　　以TPMETA和聚乙二醇甲醚丙烯酸酯（PEGMEA）为混合单体，采用紫外固化法制备了塑性晶体复合的半互穿网络结构聚合物电解质，半互穿聚合物网络结构赋予了电解质良好的柔性，聚合物电解质在185℃以下具有较好的热稳定性，具有0～4.78V的电化学窗口，室温下离子电导率为0.91×10-3S/cm，锂离子迁移系数为0.43，组装的LFP/紫外固化聚合物电解质/Li聚合物电池室温下0.5C循环首次容量可达147.1mAh/g，100次后容量保持率接近94%，55℃时，2C电流循环首次放电容量约150mAh/g，150次循环后容量保持率超过96%，55℃下5C电流放电容量接近150mAh/g，10C大电流可以发挥137.2mAh/g，LFP/紫外固化电解质之间形成了稳定低阻的界面，通过分析不同扫速下电池的循环伏安曲线得出聚合物电池和电解液电池脱嵌锂过程中具有相近的离子扩散系数。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的研究目的与内容

第2章 实验材料与研究方法

2.1 实验原料及仪器设备

2.2 材料的表征方法

2.3 电化学性能测试方法

2.4 固态聚合物电解质锂离子电池的组装与电化学性能测试

第3章 原位聚合制备塑晶复合聚丙烯酸酯电解质及电化学性能研究

3.1 引言

3.2 塑晶复合原位聚合丙烯酸酯电解质的制备与表征

3.3 塑晶复合原位聚合丙烯酸酯电解质电化学性能测试

3.4 塑晶复合原位聚合丙烯酸酯电解质的表征

3.5 LiFePO4/S-PCCE/Li固态聚合物锂离子电池电化学性能研究

3.6 本章小结

第4章 紫外固化制备柔性聚丙烯酸酯电解质及电化学性能研究

4.1 引言

4.2 柔性透明塑晶复合聚合物电解质的制备

4.3 表面改性纳米氧化铝与相转换聚合物多孔膜的表征

4.4 紫外固化塑晶复合聚合物电解质电化学性能测试

4.5 紫外固化塑晶复合聚合物电解质的表征

4.6 LFP/UV-PCCE/Li固态聚合物电池电化学性能研究

4.7 LFP/UV-PCCE/Li聚合物电池机理探究

4.8 纤维素膜复合紫外固化塑晶聚合物电解质及电池性能研究

4.9 UV-PCCE聚合物电解质与NCM111及Li4Ti5O12兼容性研究

4.10 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

声明

致谢