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·2096· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 35 卷

2.6 SPE 的电化学窗口分析 达到 100%。表明此电池在低的充电速率和高温下能
SPE 在 80 ℃下的 LSV 曲线见图 7。 够提供相对较高的比容量，这可归因于 SPE4 较高
的离子电导率 [20] 。而在组装固态电池时，不仅要考
虑电解质的离子电导率，同时也要考虑电解质的力
学性能，因为优良的力学性能可以有效抑制锂枝晶
的 生长 [21] 。

3 结论

（1）合成了一系列不同质量比的 PEG-2000 和
TPA-1000 的热塑性聚氨酯弹性体，并成功制备了力
学性能良好和电导率较好的聚氨酯性固态聚合物电

解质。
图 7 SPE 膜的 LSV 曲线图 （2）红外谱图表明，实验成功制备了聚氨酯固
Fig. 7 LSV curves of SPE membranes
态聚合物电解质；力学性能测试结果表明，引入
由图 7 可知，SPE1 在 2~6 V 的范围内没有分解 TPA-1000 能有效提高 SPE 的力学强度；TG 和 DSC
峰，说明 SPE1 耐高电压，SPE2~5 的分解电压在 4.1、 谱图表明，该系列 SPE 具有良好的耐热性能，且随
4.1、4.3 和 4.2 V 左右，SPE 的电化学窗口均在 4.0 V 着 TPA-1000 含量的减少，SPE 的玻璃化转变温度逐
以上。这就保证 SPE1~5 所装电池具有较宽的电化 渐减小；交流阻抗和电化学窗口测试表明，聚氨酯
学窗口。图中 SPE1~5 具有较高的分解电压，可能 基固态聚合物电解质的离子电导率随温度的升高而
是因为 TPA-1000 分子中的苯环和酯键具有较高的 增加，并符合 Arrhenius 方程。在 80 ℃时，以
内聚能，增加了 SPE 的耐电压性 [19] 。 m(TPA-1000)∶m(PEG-2000)=1∶2 制备的固态聚合
4
2.7 SPE 的首次充放电分析 物电解质（SPE4）的离子电导率达到 2.15×10 S/cm，
由表 3 可知，在 80 ℃下，SPE4 和 SPE5 的离 拉伸强度为 1.87 MPa，电化学窗口为 4.3 V。且 80 ℃
4
3
子电导率分别为 2.15×10 和 2.01×10 S/cm。由图 下，SPE 的电化学窗口均达到 4.0 V 以上，电化学
4 知，力学性能 SPE4（1.87 MPa）优于 SPE5（0.79 性能稳定。
MPa）。由图 7 知，电化学窗口 SPE4（4.3 V）也优 （3）考虑综合性能，选取 SPE4 组装成 LiFePO 4 /
于 SPE5（4.2 V），SPE3 虽然力学性能最好，但 80 ℃ SPE4/Li 固态电池。电池充放电表明，在 80 ℃、0.2 C
条件下的电导率较差。为了进一步研究基于 TPU 性 下，SPE4 放比容量分别为 150 mA·h/g，具有较高的
SPE 的性能，考虑到综合性能，选取 SPE4 组装成 比容量。这种“刚柔并济”的聚氨酯基固态电解质
固态电池。同时使用 LiFePO 4 阴极和锂阳极组装成 在锂电池中有良好的应用前景。
基于 SPE4 的纽扣电池。80 ℃下，SPE4 在 0.2 C 下
参考文献：
LiFePO 4 /SPE4/Li 固态电池的充放电曲线见图 8。
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图 8 SPE4 的充放电曲线图 [5] Zhu Chunliu (朱春柳), Tao Can (陶灿), Bao Junjie (鲍俊杰), et al.
Study on the preparation and properties of polymer electrolytes based
Fig. 8 Charge and discharge curves of SPE4 on waterborne polyurethane[J]. China Plastics Industry (塑料工业),
2015, 43(12): 132-136.
由图 8 可知，在 80 ℃时，SPE4 的充电比容量 [6] Liu L, Wu X, Li T. Novel polymer electrolytes based on cationic
为 150 (mA·h)/g，放电比容量为 150 (mA·h)/g，效率 polyurethane with different alkyl chain length[J]. Journal of Power