环氧树脂基可愈合复合电解质的制备及其在锂金属电池中的性能研究
现代智能设备对锂金属电池的使用寿命、安全性和可降解回收等方面提出了新要求，将愈合功能引入到电池中，被认为是一种提高电池寿命的有效途径。近年来随着聚合物电解质的不断发展，可愈合电解质在锂金属电池中的应用成为研究热点。本文选用高反应活性的环氧树脂体系，通过引入可动态交换的可逆基团赋予体系愈合功能，设计并制备了力学性能和电化学性能兼具的环氧树脂基复合电解质，并应用于锂金属电池中进行性能研究。 首先，选用固化剂2，2''-二氨基二苯二硫醚(2-AFD)、双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)和造孔剂聚乙二醇(PEG200),调整工艺制备了孔结构不同的树脂膜，确定造孔剂与树脂质量比为1∶1时综合性能最佳，此时拉伸强度为47.8MPa,愈合效率达87.2％。为进一步降低体系的玻璃化转变温度(Tg),在反应体系中引入高柔性的环氧丙氧基丙基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS-EO),通过调整软硬段比例制备出力学性能和电化学性能兼具的改性可愈合凝胶电解质。其中，PDPE-2的拉伸强度为4.16MPa,电化学窗口最高达4.7V,室温离子电导率为1.09×10-3Scm-1,表面划痕可在室温下30s内完成愈合，在60℃下1h内完成剪切愈合，愈合效率达95％。此外，组装的Li‖PDPE-2‖Li电池稳定循环超过1600h,表现出较出色的抑制锂枝晶能力。 其次，选用柔性更好的聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐(LITFSI)和固化剂2-AFD,分别引入离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EMIMTFSI)和1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(BMIMTFSI),并与聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)静电纺丝纤维膜复合，在体系中引入可逆非共价键氢键来构建双重可逆交联网络，得到的复合电解质愈合性能和电化学性能优异。其中，CSPE@PVDF-HFP+EMIMTFSI的室温离子电导率为1.39×10-4Scm-1,电化学窗口达4.8V,表面划痕在室温下10s内可完成愈合，30min内完成剪切愈合。此外，组装的Li‖CSPE@PVDF-HFP+EMIMTFSI‖Li电池稳定循环超过1600h,LiFePO4‖CSPE@PVDF-HFP+EMIMTFSI‖Li全电池在0.2C下循环100圈后容量保持率为89.90％,库伦效率接近100％。
环氧树脂基复合电解质;锂金属电池;愈合功能;锂枝晶
北京化工大学
硕士
材料与化工
杨小平;马仲发
2023
中文
TM911.3;TQ323.5
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）