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第 4 期 史高健，等: 高锂盐含量聚氨酯基固态电解质的制备与性能
PCPU 电解质溶液，将其倒入聚四氟乙烯模具干燥
成膜形成电解质；此外，在高锂盐质量分数（50%、
60%、70%、80%）的 PCPU 电解质溶液中浸润多孔
PP 薄膜，浸润 0.5 h 后取出薄膜,干燥,得到复合电解
质膜，用于组装高锂盐质量分数电解质的锂电池。
室温下干燥 3 d，并在 90 ℃真空下干燥 2 d，然后在
手套箱中放置 72 h 备用。将不同电解质膜分别标记
为 PCPU-X%Li（X=10、20、30、40、50、60、70、
80）。其中，X%Li 表示 LiTFSI 的质量分数，按式（3）
计算
m
w ( )LiTFSI / % = LiTFSI  100 （3）
m LiTFSI  m PCPU
式中：m 为物料质量，g； ( LiTFSI 为 LiTFSI 的质
) w
量分数，%。
使用 LiTFSI 质量分数为 20%的 PEO 电解质作
为对比电解质样品，制备方法同上，标记为 PEO-
20%Li。
1.3 PCPU 及 PCPU 基聚合物电解质性能测试
采用傅里叶变换红外光谱仪对样品进行衰减全
反射测试。采用凝胶渗透色谱仪测定相对分子质量
及其分布，以色谱级四氢呋喃为流动相，进样量为
10 L，流速为 1 mL/min。采用电子拉力实验机进
行胶膜力学性能测试，将样品制成 4 mm×25 mm 的
哑铃状，在拉伸速率 200 mm/min 下测定得到应力-
应变曲线。DSC 测试采用差示扫描量热仪，在 N 2
气氛下，测试温度为80~200 ℃，120 ℃维持 2~3 min
后液氮降温至80 ℃再升温获得二次升温曲线，升
温速率为 20 ℃/min，样品质量为 7~10 mg。热重分
析在 N 2 气氛下进行，温度范围为 40~600 ℃，升温
速率为 20 ℃/min，胶膜质量为 7~10 mg。
电化学性能测试在电化学工作站上进行。离子
电导率（）通过测试电解质膜的交流阻抗谱间接求
得，测试频率为 0.01~10000 Hz，测试温度分别为
25、40、60、80、100 和 120 ℃。通过式（4）
得到离子电导率（）：
L 量分数的增加，相应电解质膜的 N—H 伸缩峰向高
 
RS 
式中：L 是电解质的厚度，cm；S 是电解质膜的面
2
积，cm ；R 是电解质的电阻，Ω。
PCPU 基电解质的电化学稳定性通过线性扫描
伏安法（LSV）测试，电压范围为 2.0~6.0 V。使用
电池测试仪测试全固态 LiFePO 4 /SPE/Li 扣式电池的
充放电性能，电压范围为 2.2~4.0 V 。全固态
LiFePO 4 /SPE/Li 扣式电池（CR2032 型）按 LiFePO 4
正极、PCPU-70%Li/PP 电解质膜、锂金属负极的顺
序组装。其中，将 PCPU-70%Li 电解质填充到多孔
·739·
PP 薄膜上 形成复合 电 解质膜， 标 记 为 PCPU-
70%Li/PP。LiFePO 4 正极片通过 m（LiFePO 4 ）∶m
（粘结剂）∶m（SP）=70∶15∶15 均匀混合并涂覆
在铝箔上制得，其中粘结剂是由 PCPU、PEO 和
LiTFSI 以 40:40:20 的质量比研磨混合制得。
2 结果与讨论
2.1 PCPU 基聚合物电解质膜的红外光谱
纯 PCPU 膜和不同锂盐质量分数（10%、30%、
50%、70%）的 PCPU 基聚合物电解质膜的红外光谱
见图 1。
图 1 PCPU 和 PCPU 基固体聚合物电解质的 FTIR 谱图
Fig. 1 FTIR spectra of PCPU and PCPU-based solid
polymer electrolyte films
从 PCPU 膜红外 光谱 图可以 看出 ， 3500~
3200 cm –1 处为—N—H 的伸缩振动吸收峰，3000~
2780 cm –1 处为 C—H 的伸缩振动吸收峰，1800~
1650 cm 处为 C==O 吸收峰，1240~1235、1121~1115
–1
和 954~946 cm –1 处为 C—O—C 的伸缩振动峰。
1070~1030 cm –1 处为聚氨酯中氨基甲酸酯的特征
–1
峰，而 2230 cm 处没有出现—NCO 基团的特征吸
收峰，表明体系中异氰酸酯已经完全反应，聚氨酯
结构已经完全形成 [26] 。随着锂盐的加入，PCPU 基
[25] 聚合物电解质膜均在 1207 和 1333 cm –1 处出现
LiTFSI 特征峰 [27-28] 。从图 1 可以看出，随着锂盐质
（4）
波数移动,这可能是由于锂盐的加入破坏了 N—H 与
其他羰基的氢键作用，氢键化的—N—H 比例减小，
自由的 N—H 吸收峰越来越明显。此外，随着锂盐
质量分数的增加，C==O 和 C—O—C 基团伸缩振动
吸收峰向低波数移动，这可能是因为 C==O 和
C—O—C 基团与锂离子有较强的络合作用，使得
C==O 和 C—O—C 中 O 原子上的电子云密度降低，
吸收峰向低波数移动。正是由于聚氨酯中大量 C==O
和 C—O—C 对锂离子的络合作用，使得锂盐能够在
聚氨酯基体中得到很好的分散和溶解。