基于硫属化物与聚氧化乙烯的固体电解质的制备与研究

来源 :燕山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Niujingniu
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随着电动汽车的兴盛以及储能市场的发展,对电池安全性能的要求也越来越高,使用固体电解质代替传统电解液发展全固态电池,是解决电池安全性问题的有效途径。随着锂离子电池的需求增大,锂资源供不应求,而钠离子电池资源丰富,价格低廉,被认为是最有潜力代替锂离子电池的选择之一。  然而,现有固体电解质的离子电导率较低的现状使得全固态电池的发展遇到阻碍。优化组分设计是提高材料性能的有效途径之一。适量的掺杂可引起晶格畸变,从而降低体系中离子的活化能。因此,本文对Na固体电解质进行了阳离子Sb掺杂替换,制备了以Na3PSe4为基础的Na3P1-xSbxSe固溶体体系,通过电化学测试发现其离子电导率得到了较大程度的提高,这是因为较大的原子半径的Sb的掺入引起了晶格畸变,降低体系中离子的活化能,使得晶格常数增加,晶胞变大,拓宽了Na离子传输通道。  聚合物电解质(SPE)膜具有机械强度高、成膜性好、无溶剂渗漏、树突生长较少、界面稳定性好等优点。本文采用溶液浇铸法结合热压工艺制对聚氧化乙烯(PEO)等聚合物电解质体系的成膜性进行探究,制备出了表面平整、厚度均匀的固体电解质膜。对各种聚合物体系掺杂无机固体电解质Na3SbS4(NSS)进行改性研究,当掺入质量比PEO:NSS= 8:2时同时加入静电纺丝的PVA-NaTFSI(ESPVA)骨架的SPE膜具有更好的成膜性及更高的室温离子电导率,但是 PEO-NSS-ESPVA 电解质膜与Na金属的稳定性有待提高。将PEO与其他聚合物共混同样能够减提高性能,本文将不同量的短链的PEG 400与PEO进行共混制备复合电解质膜,通过对其进行表征证明PEG的掺杂会降低PEO自身的结晶度,增加膜的致密度,提高离子电导率,室温下PEO-5 wt%PEG-LiTFSI电解质膜采用LiMn2O4正极、锂金属负极组装的纽扣式全固态半电池以0.2 C循环,首次放电容量为108 mAh/g,库仑效率为95.98 %,其最高放电容量为119 mAh/g,经过100次充放循环容量保持率67 %。
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