高性能鋰離子電池用TPU-P(VDF-HFP)凝膠聚合物電解質(zhì)制備與研究.pdf

1、聚合物鋰離子電池由于電壓高、環(huán)境污染小、壽命長，適應(yīng)任何形狀、質(zhì)量比容量和充放電容量高、安全性能好等特點引起國內(nèi)外科研人員的廣泛研究和關(guān)注。聚合物電解質(zhì)作為電池的重要部件，對鋰離子電池的性能有十分關(guān)鍵的作用。本文采用熱塑性聚氨酯(TPU)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(P(VDF-HFP))這種性能優(yōu)秀的聚合物作為基體，共混制得的凝膠聚合物電解質(zhì)材料達(dá)到了設(shè)定的目標(biāo)。這種凝膠聚合物電解質(zhì)具有良好的機(jī)械性能，極高的離子電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定性能。研究

2、的內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　首先，通過靜電紡絲法制備純TPU、純P(VDF-HFP)和共混TPU/P(VDF-HFP)薄膜，然后將三種薄膜分別浸入1 M LiClO4–EC/PC電解液中活化得到凝膠聚合物電解質(zhì)。探究對比三種凝膠聚合物電解質(zhì)的性能。在室溫下，以TPU/P(VDF-HFP)為基的凝膠聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率為4.1 mS cm-1，電化學(xué)穩(wěn)定窗口高達(dá)5.5 V。組裝的電池首次充電容量約為168.8 mAh g-1，它

3、是LiFePO4的理論容量的99％。該TPU/P(VDF-HFP)共混薄膜斷裂伸長率為118.8％，并能承受8.38 MPa的抗拉伸強(qiáng)度。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)以TPU/ P(VDF-HFP)為基的凝膠聚合物電解質(zhì)擁有最好的電化學(xué)和機(jī)械性能。
　　其次，通過靜電紡絲法制備不同聚合物溶液濃度的TPU/P(VDF-HFP)薄膜，然后將這些薄膜分別浸入1 M LiClO4–EC/PC電解液中活化得到凝膠聚合物電解質(zhì)。其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的凝膠聚合物

4、電解質(zhì)離子電導(dǎo)率高達(dá)6.62 mS cm?1。在0.1C下，濃度為10%的以TPU/P(VDF-HFP)為基的凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池首次充電容量高達(dá)169.72 mAh g-1，首次放電容量為169.04 mAh g-1，在室溫下經(jīng)30次充放電循環(huán)后，放電容量依然達(dá)到168 mAh g-1，衰減很少。結(jié)果表明：濃度為10%的凝膠聚合物電解質(zhì)薄膜在物理結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能和機(jī)械性能各方面表現(xiàn)突出，是最適用于鋰離子二次電池用的隔膜材料。

5、r>　　最后，通過靜電紡絲法制備TPU和P(VDF-HFP)不同質(zhì)量比例的薄膜，然后將這些薄膜分別浸入1 M LiClO4–EC/PC電解液中活化得到凝膠聚合物電解質(zhì)。TPU和P(VDF-HFP)質(zhì)量比為1:1的電紡薄膜具有最好吸液率，離子電導(dǎo)率也高達(dá)4.69 mS cm?1。TPU和P(VDF-HFP)質(zhì)量比為1:1的凝膠聚合物電解質(zhì)組裝成的鋰離子電池也表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，以絕對優(yōu)勢壓倒質(zhì)量比為1:4和4:1的電紡膜材料，從而更適用于鋰