新型高性能電紡TPU-PVDF凝膠聚合物電解質(zhì)制備與研究.pdf

1、聚合物電解質(zhì)(PE)是鋰離子電池的重要組成部分,它對鋰離子電池的性能好壞起著至關(guān)重要的作用。而近年來凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)成為人們在PE研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本文的目標(biāo)是制備出既具有高的離子電導(dǎo)率,同時(shí)又具有良好機(jī)械性能的GPE。進(jìn)而研究該GPE的物理化學(xué)性能,討論所研究的凝膠聚合物鋰離子電池的充放電性能。本項(xiàng)研究工作主要從以下4個方面進(jìn)行:
　　首先,選用熱塑性聚氨酯(TPU)和聚偏氟乙烯(PVDF)作為GPE的基體材料。采用電紡

2、法制備新型的TPU/PVDF基PE膜。將膜浸入1M的LiClO4/EC/PC溶液中活化所得的GPE在25℃時(shí)離子電導(dǎo)率高達(dá)1.6×10-3S·cm-1,電化學(xué)穩(wěn)定窗口為5.0V。Li/GPE/LiFePO4扣式電池循環(huán)穩(wěn)定性能良好。
　　其次,電紡一定濃度的聚合物溶液制備出一系列TPU/PVDF不同質(zhì)量比的無紡布膜。將膜浸入1M的LiClO4/EC/PC溶液中活化,得到GPE。TPU/PVDF質(zhì)量比為1:1的GPE在25℃時(shí)離子電

3、導(dǎo)率最高,為3.2×10-3S·cm-1,電化學(xué)穩(wěn)定窗口為5.0V。用此GPE組裝成的Li/GPE/LiFePO4扣式電池在25℃和0.1C的條件下進(jìn)行測試。電池的首次放電容量為168.9mAh·g-1。與其他TPU/PVDF不同質(zhì)量比的GPE相比,TPU/PVDF質(zhì)量比為1:1的GPE最適合用于鋰離子電池。
　　再次,將一系列不同濃度的聚合物溶液采用電紡的方法制備成TPU/ PVDF基GPE膜。同樣將膜在1M的LiClO4/EC

4、/PC溶液中活化得到GPE。其中聚合物溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9％的電紡膜制成的GPE擁有最高的離子電導(dǎo)率。
　　最后,在室溫下電紡質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%的聚合物溶液制備了純的TPU/PVDF聚合物電解質(zhì)膜以及原位生成摻雜無機(jī)納米陶瓷顆粒的聚合物電解質(zhì)膜。原位生成TiO2的GPE在25℃時(shí)離子電導(dǎo)率高達(dá)4.8×10-3S·cm-1,電化學(xué)穩(wěn)定窗口也達(dá)5.4V。同時(shí)該電紡膜具有很高的拉伸強(qiáng)度(8.7±0.3MPa)和斷裂伸長率(110.3±0.2)。