磺酰亚胺基锂单离子聚合物电解质的制备及性能研究

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锂单离子聚合物电解质(SPE)因其能够缓解阴离子的浓度梯度、抑制锂枝晶的生长以及减少电池的极化损失而倍受关注。双苯磺酰亚胺由于强电子离域特性有望应用于锂单离子聚合物电解质中。然而,双苯磺酰亚胺锂基单离子聚合物电解质目前并不能同时满足高离子电导率(>10-4 S cm-1)和高锂离子迁移数(>0.90)的要求。针对上述问题,本文设计和合成了两种交替结构的双苯磺酰亚胺基单离子聚合物锂盐:聚(乙烯基双苯磺酰亚胺锂-alt-马来酸酐)(P[SSPSILi-alt-MA])和甘氨酸乙酯修饰聚(乙烯基双苯磺酰亚胺锂-alt-马来酸酐)(EG-P[SSPSI-Li-alt-MA])。选用P[SSPSILi-alt-MA]作为单离子锂盐,并将其与聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)(PVDF-HFP)复合制备了凝胶SPE薄膜。该凝胶SPE薄膜表现出了高的室温离子电导率(2.67×10-3 S cm-1)和高的锂离子迁移数(0.98)。将该锂单离子聚合物凝胶电解质与磷酸铁锂(Li Fe PO4)正极(LFP)和钛酸锂(Li4Ti5O12)负极(LTO)组装成全电池。该全电池展现出优异的循环稳定性和倍率性能。将P[SSPSILi-alt-MA]作为单离子锂盐与聚氧化乙烯(PEO)复合制备了P[SSPSILi-alt-MA]/PEO聚合物固态电解质(SSPE)薄膜。该SSPE薄膜呈现了高达3.08×10-4 S cm-1的室温离子电导率。另外,P[SSPSILi-alt-MA]/PEO SSPE膜具有高的锂离子迁移数(0.97),能够有效地抑制锂枝晶形成和生长。将P[SSPSILi-alt-MA]/PEO SSPE薄膜组装成LFP电池时,其与电极之间具有良好的相容性且LFP电池具有优异的倍率性能和循环稳定性。将EG-P[SSPSILi-alt-MA]与PEO复合制备了EG-P[SSPSILi-alt-MA]/PEO SSPE薄膜,且其具有致密且均匀的微观表面。该SSPE薄膜拥有1.42×10-4 S cm-1的室温离子电导率以及锂单离子传导的特性。将该SSPE薄膜组装成LFP扣式电池,LFP扣式电池表现出优异的倍率性能和循环稳定性。同时,LFP柔性电池表现出了良好的实用性和环境适应性。
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