基于PVC聚合物电解质的全固态锂电池的界面研究
随着便携式电子产品与新能源汽车的广泛应用，人们对锂离子电池的研究也日益深入。其中，全固态锂电池由于其高安全性和高能量密度而备受关注。然而，由固体电解质与电极接触引起的界面问题成为阻碍固态锂电池发展的主要因素。针对界面问题，本论文从聚碳酸亚乙烯酯(PVC)聚合物电解质和Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)无机固体电解质出发，展开了深入研究。首先，通过添加磷酸三甲酯(TMP)增塑剂，改善了PVC聚合物电解质/锂金属负极之间的界面接触，有效抑制了锂枝晶的生长。其次，在LATP无机固体电解质与正负电极间原位引入PVC+TEGDME(四甘醇二甲醚)聚合物，改善了无机固体电解质与电极之间的界面接触，大大降低了界面电阻，同时有效阻止了LATP被Li电极还原。具体的研究内容如下: (1)在纤维素膜的支撑下，以VC为单体、TMP为增塑剂，通过原位聚合方法制备得到PVC-TMP固体电解质。实验探究了不同含量TMP对电解质的影响。随着TMP含量的增加，离子电导率逐渐增大，电化学稳定窗口和锂离子迁移数呈现先增大后减小的趋势。TMP的引入降低了PVC的聚合度，加快了PVC链段的运动，且TMP有利于锂盐的解离。当加入10wt％TMP时，电解质的离子电导率为2.54×10-5S cm-1(50℃)。另外，TMP的存在增加了PVC的柔韧性，改善了PVC与锂负极的接触。基于PVC-TMP聚合物电解质的固态锂电池在50℃下的初始阻抗仅为118Ω。Li/PVC-TMP/Li电池在50℃、0.05mA cm-2下在1000h内表现出稳定的循环。LiFePO4/PVC-TMP/Li电池在0.5C下循环150圈后的容量保持率为79.7％。 (2)以商业化的LATP粉末为原料，将其压制成LATP陶瓷片，进而烧结。首先，对LATP陶瓷片的烧结温度和时间进行了探究。结果表明，烧结温度和时间分别为850℃、2h时，得到LATP陶瓷片晶粒适中，晶界较少，且没有杂质相。其次，在LATP电解质与电极间原位引入PVC+TEGDME聚合物电解质。与纯LATP基固态锂电池相比，被修饰后的LATP基固态锂电池在50℃下的初始阻抗从5925Ω降低至286Ω。Li/LATP-PVC+TEGDME/Li电池在50℃、0.09mA cm-2下在350h内表现出稳定的循环，极化电压仅为0.0035V。LiFePO4/LATP-PVC+TEGDME/Li电池在0.5C下100圈后仍有94％的容量。此外，在50℃下，NCM811/LATP-PVC+TEGDME/Li电池在0.1C下的平均放电比容量为181.4mAh g-1。
全固态锂电池;聚碳酸亚乙烯酯基聚合物电解质;LATP无机固体电解质;电极结构;界面接触
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
郑言贞
2021
中文
TM912.9
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）