PVDF-HFP基凝膠聚合物電解質(zhì)的制備和性能研究.pdf

1、凝膠聚合物鋰離子電池具有較好的安全性和形狀可塑性，為人們所廣泛研究，其中核心部分是凝膠聚合物電解質(zhì)。但由于凝膠聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率較低，其鋰離子電池倍率性能較差的問(wèn)題更為突出。并且傳統(tǒng)的相轉(zhuǎn)化法制備多孔凝膠聚合物電解質(zhì)工藝復(fù)雜，嚴(yán)重制約了凝膠聚合物電解質(zhì)的生產(chǎn)應(yīng)用。本文以提升凝膠聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，采用一步法制備多孔凝膠聚合物電解質(zhì)，提高離子電導(dǎo)率的同時(shí)，精簡(jiǎn)制備流程，降低原料消耗。然后向凝膠聚合物電解質(zhì)中

2、摻雜和定向排列Fe3O4納米棒，進(jìn)一步改善凝膠聚合物電解質(zhì)的理化性能和電化學(xué)性能。
　　本文首先通過(guò)一步法制備孔隙結(jié)構(gòu)豐富而均勻的凝膠聚合物電解質(zhì)。制備成膜時(shí)，不同的相對(duì)濕度影響聚合物電解質(zhì)膜表面孔隙結(jié)構(gòu)的數(shù)量和均勻程度。其中，在相對(duì)濕度30％條件下制備的樣品擁有較豐富而均勻的孔隙結(jié)構(gòu)，吸液率為160.4％，離子電導(dǎo)率達(dá)到了2.04×10-3 S/cm。將多孔凝膠聚合物電解質(zhì)和商用錳酸鋰正極材料組裝成扣式電池進(jìn)行測(cè)試，展現(xiàn)了較好的

3、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能，在3.0 C的倍率下仍有71.3 mAh/g的放電比容量，40周的循環(huán)保持率為92.8％。
　　采用向凝膠聚合物電解質(zhì)中添加無(wú)機(jī)磁性納米棒并在磁場(chǎng)下進(jìn)行定向排列，來(lái)進(jìn)一步提高其離子電導(dǎo)率。通過(guò)水熱合成方法可以得到α-Fe2O3納米棒，長(zhǎng)度在600 nm左右，直徑100 nm左右，晶型良好且能夠較好地分散。在H2/Ar氣氛下焙燒還原4h后，仍能夠得到形貌較好的Fe3O4納米棒，并且有著較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度75.6

4、6 emu/g。將Fe3O4納米棒摻雜到凝膠聚合物電解質(zhì)中，并在磁場(chǎng)下進(jìn)行排列，得到復(fù)合聚合物電解質(zhì)，從SEM-EDS表征中可以看出Fe3O4納米棒對(duì)磁場(chǎng)有較好的響應(yīng)，并且成功地定向排列。復(fù)合聚合物電解質(zhì)仍能保持豐富而均勻的孔隙結(jié)構(gòu)。
　　復(fù)合聚合物電解質(zhì)的熱分解溫度均在430℃左右，有良好的耐熱能力。摻雜Fe3O4納米棒后，聚合物電解質(zhì)的結(jié)晶度顯著降低。同時(shí)，其接觸角降低至117.9°，吸液率提高至197.8％。對(duì)不同排列方向的

5、復(fù)合聚合物電解質(zhì)做電化學(xué)性能表征，F(xiàn)e3O4垂直于膜面排列的樣品有著最高的離子電導(dǎo)率，達(dá)到3.09×10-3 S/cm，離子在其中遷移需要的活化能最低，為1.5373KJ/mol。在較高的充放電電流3.0 C下，F(xiàn)e3O4垂直于膜面排列的樣品有著較高的放電比容量，為80.2 mAh/g，其在0.1 C電流的40周的循環(huán)保持率為91.6％。相比于無(wú)機(jī)納米材料的均勻摻雜，在垂直方向上排列有利于提升其電化學(xué)性能，而Fe3O4水平于膜面排列卻會(huì)