高性能鋰離子電池用TPU-P(VDF-HFP)凝膠聚合物電解質制備與研究.pdf

1、聚合物鋰離子電池由于電壓高、環(huán)境污染小、壽命長，適應任何形狀、質量比容量和充放電容量高、安全性能好等特點引起國內外科研人員的廣泛研究和關注。聚合物電解質作為電池的重要部件，對鋰離子電池的性能有十分關鍵的作用。本文采用熱塑性聚氨酯(TPU)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(P(VDF-HFP))這種性能優(yōu)秀的聚合物作為基體，共混制得的凝膠聚合物電解質材料達到了設定的目標。這種凝膠聚合物電解質具有良好的機械性能，極高的離子電導率和電化學穩(wěn)定性能。研究

2、的內容包括以下幾個方面：
　　首先，通過靜電紡絲法制備純TPU、純P(VDF-HFP)和共混TPU/P(VDF-HFP)薄膜，然后將三種薄膜分別浸入1 M LiClO4–EC/PC電解液中活化得到凝膠聚合物電解質。探究對比三種凝膠聚合物電解質的性能。在室溫下，以TPU/P(VDF-HFP)為基的凝膠聚合物電解質離子電導率為4.1 mS cm-1，電化學穩(wěn)定窗口高達5.5 V。組裝的電池首次充電容量約為168.8 mAh g-1，它

3、是LiFePO4的理論容量的99％。該TPU/P(VDF-HFP)共混薄膜斷裂伸長率為118.8％，并能承受8.38 MPa的抗拉伸強度。經測試發(fā)現以TPU/ P(VDF-HFP)為基的凝膠聚合物電解質擁有最好的電化學和機械性能。
　　其次，通過靜電紡絲法制備不同聚合物溶液濃度的TPU/P(VDF-HFP)薄膜，然后將這些薄膜分別浸入1 M LiClO4–EC/PC電解液中活化得到凝膠聚合物電解質。其中質量分數為10%的凝膠聚合物

4、電解質離子電導率高達6.62 mS cm?1。在0.1C下，濃度為10%的以TPU/P(VDF-HFP)為基的凝膠聚合物電解質鋰離子電池首次充電容量高達169.72 mAh g-1，首次放電容量為169.04 mAh g-1，在室溫下經30次充放電循環(huán)后，放電容量依然達到168 mAh g-1，衰減很少。結果表明：濃度為10%的凝膠聚合物電解質薄膜在物理結構、電化學性能和機械性能各方面表現突出，是最適用于鋰離子二次電池用的隔膜材料。

5、r>　　最后，通過靜電紡絲法制備TPU和P(VDF-HFP)不同質量比例的薄膜，然后將這些薄膜分別浸入1 M LiClO4–EC/PC電解液中活化得到凝膠聚合物電解質。TPU和P(VDF-HFP)質量比為1:1的電紡薄膜具有最好吸液率，離子電導率也高達4.69 mS cm?1。TPU和P(VDF-HFP)質量比為1:1的凝膠聚合物電解質組裝成的鋰離子電池也表現出優(yōu)越的性能，以絕對優(yōu)勢壓倒質量比為1:4和4:1的電紡膜材料，從而更適用于鋰