固体电解质的制备及其在锂氧电池性能研究

本文提出了将高离子电导率的全固态电解质Li1.4Al0.4Ti1.6(PO3)4(LATP)用于锂氧电池。用Pechini法成功的合成了全固态电解质，采用X射线荧光衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能分析其性能。结果显示，LATP不仅具有较高的离子导电性，而且LATP作为固体电解质，具有更高的放电平台。同时，LATP固体电解质能降低电解质的分解，从而能够减少放电产物的生成。因此，LATP玻璃陶瓷固体用于锂氧电池提高了锂氧电池的热稳定性并且降低了锂氧电池热膨胀。LATP固体电解质利用在可再充电锂氧电池中具有良好的前景。     

LCBO助烧结剂在锂镧锆钽氧电解质烧结中的应用

使用基于Li₂CO₃-Li₃BO₃二元共熔体系的Li_2.3C_0.7B_0.3O₃助烧结剂辅助锂镧锆钽氧(LLZTO)电解质的烧结过程,并使用这种电解质与商业磷酸铁锂正极组装全电池研究其电化学性能。结果表明,LLZTO@LCBO固态电解质具备高离子电导率(5.1×10^-4S/cm)和优异的电化学性能,LiFePO4|LLZTO@LCBO|Li电池能够支持1C倍率下稳定充放电,在0.5C下充放电循环100次后,放电容量为124.6mAh/g,容量保持率为94.7%。     

新型锂电复合电解质的性能研究

固体电解质被认为是解决锂金属电池安全隐患和循环性能的关键,然而较低的离子电导率和较差的界面相容性限制了固态锂电池的进一步发展。本文将Li_(10)GeP_2S_(12)粉末和聚合物单体聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯(PEGMEA)复合并完成原位聚合,从而制备出具有高电导率和良好界面相容性的有机无机复合固态电解质。在钴酸锂电池充放电测试中,实现了室温下经0.2C倍率充放电200次后,仍有76%的高容量保持率。对于发展高能量密度、高安全性、高循环寿命的全固态锂离子电池提供了重要参考价值。     

高锂盐含量聚氨酯基固态电解质的制备与性能

以异佛尔酮二异氰酸酯、聚碳酸酯二元醇和一缩二乙二醇为原料,合成硬段质量分数为30%的聚碳酸酯型聚氨酯(PCPU),将合成的聚氨酯和双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)复合制得不同锂盐质量分数的固态聚合物电解质(SPE)。通过红外光谱分析了聚氨酯结构,采用TG、DSC测试了聚氨酯及电解质的热学性能,并采用交流阻抗、线性扫描伏安测试探究了不同LiTFSI质量分数对电解质电化学性能的影响。结果表明,随着LiTFSI质量分数的增加,聚氨酯基固态聚合物电解质的室温离子电导率呈现先增大后减小再增大的趋势,当锂盐质量分数为70%时,制备的电解质离子电导率达到最大值(1.28×10~(–8)S/cm),以此固态电解质与LiFePO4正极组装的固态电池在60℃、0.2 C电流密度时放电比容量为153 mA·h/g,循环100次容量保持率为84%。     

有机硅氧烷改性水性聚氨酯基聚合物电解质及全固态锂离子电池

以聚乙二醇(PEG)、有机硅氧烷(OFX)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为主要原料,制备了一系列水性聚氨酯,并与双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(Li TFSI)复合,得到一系列全固态聚合物薄膜。通过拉伸性能测试、红外光谱、热重分析和电导率测试等研究了其结构与性能的关系。将制备的聚合物电解质膜用于全固态锂离子电池的组装,测试了电池的性能。结果表明:适量引入有机硅氧烷可改善聚合物电解质膜的力学性能和电化学性能;当PEG与有机硅氧烷质量比为3:1时聚合物电解质膜的综合性能最佳,80℃时电导率为6.24×10~(–4)S/cm;以磷酸铁锂为正极制备的全固态锂离子电池在0.2C电流80℃时放出131 mA·h/g的比容量。     

蚕丝/聚氧化乙烯复合固态聚合物电解质

以天然蚕丝为骨架支撑材料,将聚氧化乙烯(PEO)和锂盐溶液浇铸在蚕丝上干燥成膜,制备得到蚕丝/PEO复合固态聚合物电解质(Silk-PEO-SPE)。通过FTIR、电子拉力机、同步热分析仪、电化学窗口测试、电导率测试对固态聚合物电解质进行了结构和性能表征,并以磷酸铁锂为正极,金属锂为负极组装全固态电池,测试了电池的充放电性能。结果表明,与传统PEO固态聚合物电解质相比,复合固态聚合物具有较好的机械强度(达到10 MPa)和优异的电化学窗口(达到4.6 V),以该电解质组装的全固态锂电池在60℃、1 C电流密度下放电比容量达到113 mA·h/g,循环100次容量保持率达到97%,显示出较优异的循环稳定性。     

铝酸锂纳米棒改性固态电解质的制备及电化学性能研究

固态电解质离子电导率低、电化学稳定窗口窄是制约其商业化应用的关键问题。制备了一种铝酸锂(LAO)纳米棒填充聚碳酸亚丙酯(PPC)的复合固体电解质薄膜(LAO-CSE)，并通过扫描电镜、透射电镜、电化学工作站等对LAO纳米棒和复合薄膜的微观结构、电化学性能进行了表征分析。结果表明，加入LAO纳米棒后复合固体电解质膜的离子电导率达到5.0×10^-4 S/cm，电化学稳定窗口大于4.8 V;LAO-CSE应用于固态锂离子电池表现出优异的室温电化学性能，填充8%(质量分数)LAO的NCM622/LAO-CSE/Li固态电池的首次循环放电比容量为180 mA·h/g，在0.5C下循环100次后容量保持率为97.3%。LAO纳米棒的增强效果归因于棒状填料提供了连续的锂离子传输路径。该LAO-CSE复合固态电解质有望在高压固态锂电池中得到广泛应用。     

原位聚合的固态聚合物电解质应用于锂硫电池

锂硫电池因自身所含硫元素储量丰富、价格低廉、理论比容量高等优势,逐渐被科研工作者所关注。然而,锂硫电池所采用的液态有机电解液普遍存在挥发,漏液,燃烧等潜在安全隐患,因此,我们通过原位聚合制备出一种固态聚合物电解质来提升锂硫电池安全性能,同时还可以兼顾锂硫电池的循环稳定性。实验结果表明:以聚乙二醇甲醚丙烯酸酯(PDEM)为基体的固态聚合物电解质应用于硫化聚丙烯腈(PAN-S)/锂金属电池具有良好的长循环性能,说明该固态聚合物电解质与正负极具有良好的界面相容性。     

流延法制备高致密固态电解质LATP的研究

采用溶胶凝胶法合成了超细固态电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)前驱体粉体,通过配制浆料和流延工艺制备了加工性能良好的LATP素坯体。利用差示扫描量热分析了LATP前驱体的热分解过程,采用X射线衍射、扫描电镜、交流阻抗法对不同烧结工艺条件下LATP玻璃-陶瓷片的结构、形貌和电导率进行分析表征。结果表明,采用溶胶凝胶法制备的LATP前驱体粉体的平均粒径为200 nm,且分布均匀。纳米级的粒径尺寸使得LATP前驱体粉末在烧结过程中具有更好的反应活性,结晶温度比固相烧结法制备的LATP下降了150℃,烧结性能好。通过优化烧结工艺,制备的LATP玻璃陶瓷体的相对密度高达99%,室温电导率为2.19×10-4S·cm-1。     

阻燃聚氨酯基固态聚合物电解的制备

摘要：以聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇( PBA) 、六亚甲基二异氰酸酯( HDI)和阻燃剂N，N阻双（2（羟乙基）胺基亚甲基磷酸二乙酯( FCR-6）为主要原料合成阻燃聚氨酯（TPUP），将阻燃聚氨酯与锂盐复合得到阻燃聚氨酯基固态聚合物电解质。采用红外光谱、热重分析、锥形量热、力学测试、电化学窗口、电导率和电池的充放电性能测试等对阻燃聚氨酯基固态聚合物电解质进行了表征和性能测试。研究表明，TPUP具有良好阻燃性能，制备的阻燃电解质TPUP25%Li综合性能最佳，且拉伸强度达到2.09MPa，80℃时离子电导率为3.09M10-4 S/cm，以阻燃电解质组装的全固态锂电池，在80℃时0.2C电流密度下放电容量达到159mA?h/g。     

阻燃聚氨酯基固态聚合物电解质的制备与表征

以聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和N,N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯(FCR-6)为主要原料合成阻燃聚氨酯(TPUP),将阻燃聚氨酯与双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂(LiTFSI)复合得到一系列锂盐质量分数不同的阻燃聚氨酯基固态聚合物电解质(TPUP10%Li、TPUP20%Li、TPUP25%Li、TPUP30%Li)。采用红外光谱、热重分析、锥形量热、力学测试、电化学窗口、电导率和电池的充放电性能测试等对阻燃聚氨酯基固态聚合物电解质进行了表征和性能测试。结果表明,TPUP具有良好的阻燃性能,制备的阻燃电解质TPUP25%Li综合性能最佳,且拉伸强度达到2.09MPa,80℃时离子电导率为3.09×10–4S/cm,以TPUP25%Li阻燃聚氨酯基固态聚合物电解质组装的全固态锂电池,在80℃时0.2C电流密度下放电容量达到159 mA·h/g。     

有机无机复合固态电解质的制备及电性能研究

本文以聚环氧乙烯(PEO)为基体,添加无机固态电解质颗粒(LA),通过超声分散法制备出电化学性能优异且具有自支撑柔性的有机无机复合固态电解质膜,并组装扣式电池测试电性能,包括离子电导率、电化学窗口、锂离子迁移数及界面阻抗,得出LA对电解质膜电性能的影响.     

LLZTO复合PVDF-HFP基高盐聚合物固态电解质的制备及性能研究

本研究以钽掺杂锂镧锆氧(LLZTO)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)及双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)等作为原料,使用刮涂法制得一种高盐聚合物固态电解质(LSE)。采用X射线衍射仪(XRD)、交流阻抗谱(EIS)、线性扫描伏安法(LSV)、恒压极化法等手段对高盐聚合物固态电解质进行表征和测试。研究发现,在室温条件下,LLZTO含量为20%(质量分数)的LSE_0.20离子电导率可达到4.5×10^-4 S/cm,锂离子迁移数为0.48,电化学窗口可达到4.65 V。组装为LiFePO₄/LSE_0.20/Li全固态电池后,在室温条件下以0.2C充放电,电池的首次放电比容量为156.85 mAh/g。在50次充放电循环后,该电解质的放电比容量仅下降约3%,高达152.34 mAh/g,容量保持率可达到97%。     

LLZO基夹层混合固态电解质的制备及性能研究

采用旋涂法在Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)基体上涂覆PVDF基聚合物膜，制备得到LLZO基夹层混合固态电解质，以改善LLZO与锂金属负极之间接触性差的问题。通过控制不同的旋涂转速，获得了表面光滑平整、无褶皱的聚合物膜；并从PVDF电解质溶液中双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)含量、夹层混合固态电解质放置时间及温度3个方面研究其对夹层混合固态电解质离子电导率的影响。结果表明：当m(PVDF)∶m(LiTFSI)=4∶1时，夹层混合固态电解质离子电导率为4.40×10^-5S/cm；室温下放置20 d后，离子电导率减小至1.70×10^-5S/cm，且离子电导率随温度的升高而增大，90℃时为7.07×10^-5S/cm。     

锂金属电池用复合固体电解质及其界面研究进展

相比于液态锂电池,固态锂金属电池由于电解质不易燃、不挥发而具有更高的安全性。此外,固态电解质能够有效抑制锂枝晶的生长,使基于高能量密度的锂金属作为负极材料成为可能。但是,固态锂金属电池存在着界面阻抗大、固体电解质/电极兼容性差、电解质离子电导率低及电化学窗口较窄等问题。因此,开发高性能的柔性固体电解质对推动固态锂金属电池的发展起着重要作用。本工作总结了固态锂金属电池中聚合物与不同类型填料复合最新研究进展及复合固体电解质匹配电极材料时存在的界面阻抗大问题与解决策略。     

硼氢化锂及其衍生物固态电解质研究进展

含BH~-_4的硼氢化物及其衍生物,具有较高的离子电导率、较宽的电位窗口、及与金属负极材料较好的兼容性等特性,是一类潜在的固态电解质材料。本文主要综述了硼氢化锂及其衍生物作为固态电解质在全固态电池方面应用的研究进展。首先,介绍了硼氢化锂及其衍生物的结构与性质;其次,阐述了该类材料在固态电解质方面的应用及改性;最后,展望了硼氢化锂及其衍生物在固态电解质方面的应用前景。     

固体电解质Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3烧结片的制备与表征

以固相法合成固体电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)粉末。研究了烧结温度以及烧结时间对LATP离子电导率的影响。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和交流阻抗技术对材料粉末以及烧结片相组成、结构和离子导电性进行表征。结果表明,900℃条件下合成的粉末为纯相LATP,颗粒均匀,当LATP电解质基片在900℃下烧结4 h,得到的LATP烧结片表面致密光滑,而且离子电导率较高,为3.03×10-4S/cm。     

PPC/LAGP固态复合电解质制备与性能

将NASICON型无机快离子导体Li_(1.5)Al_(0.5)Ge_(1.5)(PO_4)_3 (LAGP)引入以过滤纤维薄膜为支撑的聚碳酸丙烯酯(PPC)基固态电解质体系中,通过溶液浇铸法制备了一系列不同LAGP含量的PPC/LAGP固态复合电解质,通过力学、热学和电化学方法以及表面形态对其进行了分析和表征。结果表明,以LAGP为锂离子快速传输通道可以显著提高PPC/LAGP固态复合电解质的离子电导率。当LAGP含量为20份时,所制备的PPC/LAGP固态复合电解质的电导率在室温和80℃时分别可达2.07×10~(–4) S/cm和2.6×10~(–3) S/cm,锂离子迁移数提升至0.719,同时,拉伸强度显著增加,得到的固态复合电解质综合性能优异。使用等效电路模拟阻抗谱图的曲线,拟合曲线很好地与实验数据重合。     

苯酐改性聚氨酯基固态电解质的制备与性能

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚对苯二甲酸-3-甲基-1,5-戊二醇酯二醇(TPA-1000)、聚乙二醇(PEG-2000)、一缩二乙二醇(DEG)为主要原料合成了系列热塑性聚氨酯弹性体,然后加入占体系质量分数20%的锂盐,制备了不同的苯酐改性聚氨酯基固态聚合物电解质(SPE),研究了TPA-1000的加入量对SPE的影响。利用FTIR、DSC、TGA等对SPE的性能进行表征。结果表明:随着TPA-1000质量分数的减少,固态聚合物电解质的耐热性增加,玻璃化转变温度(Tg)减小。其离子电导率与温度的关系符合Arrhenius方程,在80℃时,电化学窗口达到4.0 V以上。以m(TPA-1000)∶m(PEG-2000)=1∶2制备的固态聚合物电解质(SPE4)综合性能最佳,拉伸强度为1.87 MPa,电导率为2.15×10-4 S/cm、电化学窗口为4.3 V。SPE4组装的固态电池在80℃、0.2 C放电比容量为150 mA·h/g。     

锂电池用PEO基固态聚合物电解质研究进展及应用

介绍了锂电池用聚氧化乙烯(PEO)基固态聚合物电解质的研究进展,论述了国内外在PEO改性、锂盐改进和制备PEO-无机复合聚合物电解质等三方面在提高其电导率、电化学稳定窗口和离子迁移数等性能进行的研究,综述了PEO基聚合物电解质的应用情况.