LAGP作主相和填料相的PEO基复合电解质膜的制备及其性能表征

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聚合物固体电解质具有低密度,易加工成膜,制作外形灵活,安全性能高等优点,被认为是发展高能全固态电池最理想的电解质。其中PEO作为聚合物电解质最为常见的基体,能溶解高浓度的各种锂盐,如LiBF4、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiTf、LiTFSI[LiN(CF3SO22]等,形成聚合物固体电解质[1-2]。但是由于PEO基体较高的结晶度,室温下的电导率很低(约10-610-7S/cm),限制了其实际应用。NASICON结构的无机固态电解质具有较高的室温锂离子电导率与稳定性,引起了研究者的广泛关注。其中LAGP[Li1+xAlxTi2-x(PO43]作为近年来研究的热点,其室温电导率接近10-3S/cm,离子迁移率ti≈1。但也存在明显不足,LAGP难于制成致密、均匀的电解质膜,与电极材料之间的接触润湿性较差,界面阻抗很大。因此,选择聚合物电解质PEO作为基体,加入高室温导电率的LAGP填料,能够获得可观的综合性能[3]。本文采用粉末固相烧结法合成不同粒径的LAGP[Li1+xAlxTi2-x(PO43]固体电解质粉末。以PEO(聚环氧乙烷)为黏结剂,离子导电性的LAGP为填料,乙腈为溶剂,按照EO/Li=13,变化LiTFSI中Li+与LAGP中Li+的比率,通过溶液浇注法制备得到PEO(LiTFSI)-LAGP电解质膜。并与掺杂LiClO4盐的复合电解质膜进行对比。研究发现,LAGP可与PEO部分络合并均匀分散于PEO内,整个体系内存有三个主体相,即纯PEO的晶相、无定形态络合相以及盐的粒子与无定形PEO共混相。通过阻抗谱图发现,当质量比LAGP:PEO=6:4时,PEO(LiTFSI)-LAGP电解质膜具有最高的室温电导率,达到10-5S/cm,接近LAGP的电导率水平。循环伏安曲线测试结果表明,PEO(LiTFSI)-LAGP电解质膜具有比纯PEO-LiX更宽的电化学窗口;并将复合电解质膜应用于钴酸锂(LCO)、镍钴铝(NCA)、磷酸铁锂(LFP)电池中,通过电性能测试发现,复合电解质膜与LFP正极材料匹配最好。
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