PVDF-HFP基凝膠聚合物電解質的制備和性能研究.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。但由于凝膠聚合物電解質的離子電導率較低，其鋰離子電池倍率性能較差的問題更為突出。并且傳統(tǒng)的相轉化法制備多孔凝膠聚合物電解質工藝復雜，嚴重制約了凝膠聚合物電解質的生產(chǎn)應用。本文以提升凝膠聚合物電解質的離子電導率，達到實際應用為目標，采用一步法制備多孔凝膠聚合物電解質，提高離子電導率的同時，精簡制備流程，降低原料消耗。然后向凝膠聚合物電解質中

2、摻雜和定向排列Fe3O4納米棒，進一步改善凝膠聚合物電解質的理化性能和電化學性能。
　　本文首先通過一步法制備孔隙結構豐富而均勻的凝膠聚合物電解質。制備成膜時，不同的相對濕度影響聚合物電解質膜表面孔隙結構的數(shù)量和均勻程度。其中，在相對濕度30％條件下制備的樣品擁有較豐富而均勻的孔隙結構，吸液率為160.4％，離子電導率達到了2.04×10-3 S/cm。將多孔凝膠聚合物電解質和商用錳酸鋰正極材料組裝成扣式電池進行測試，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中添加無機磁性納米棒并在磁場下進行定向排列，來進一步提高其離子電導率。通過水熱合成方法可以得到α-Fe2O3納米棒，長度在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強度75.6

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

5、復合聚合物電解質做電化學性能表征，F(xiàn)e3O4垂直于膜面排列的樣品有著最高的離子電導率，達到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％。相比于無機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性能，而Fe3O4水平于膜面排列卻會