冠醚掺杂的聚合物固态电解质对全固态锂电池性能的影响

摘要：

聚氧化乙烯(PEO)基固态电解质由于高的柔韧性、优异的加工性以及良好的界面兼容性等在全固态锂电池中极具应用前景,但其较低的室温离子电导率和较窄的电化学窗口限制了其高效应用.本工作采用溶液浇铸法将含有极性官能团的冠醚(15-C-5)分子分散在PEO/双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)基质中制备PEO/15-C-5聚合物固态电解质.重点探究冠醚含量对固态电解质中Li+传递的影响,同时对聚合固态电解质的形貌、力学性能、电化学性能进行系统研究.结果表明:10％15-C-5在PEO中分散性较好,可有效降低PEO的结晶度,进而提升PEO链段运动性,使其抗拉强度达1.83 MPa.15-C-5与锂离子间强的络合作用促进锂盐解离,同时对阴离子产生静电排斥,从而增强离子电导率并提高锂离子迁移数,30 ℃下离子电导率达到1.00x10-5 S/cm,60 ℃下锂离子迁移数达到0.42,分别是PEO电解质的4.5和1.9倍.另外冠醚与阴离子形成的静电排斥中心易捕获锂离子形成较为稳定的悬停位点,降低了 PEO链段形成的O-Li络合活性位点促进C-O-C结构分解的可能性,从而提高PEO电解质的分解电压(从4.29 V到5.42 V).与镍钴锰三元正极匹配的全固态锂电池展现出稳定的长循环性能,其在60 ℃、0.5 C的条件下初始放电比容量达到159 mAh/g,经100圈循环之后容量保持率达到89％.与磷酸铁锂正极匹配组装的全固态锂电池同样表现出优异的性能.

关键词：聚氧化乙烯、冠醚、聚合物固态电解质、离子传递、全固态锂电池

所属期刊栏目：12

分类号：TM912;TB332

资助基金：中国博士后基金;河南省重大科技专项

在线出版日期：2023-09-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：2401-2411