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·742· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷
池的循环性能差可能是由于 PEO 机械性能不佳,致
使界面不稳定,熔融温度较低(约 60 ℃),在 60 ℃
时尺寸稳定性较差,以至于在锂枝晶形成过程中能
够穿透 PEO 膜,从而使电池短路 [37] 。
3 结论
(1)以 PCDL 为软段,IPDI 和 DEG 为硬段合
成了硬段质量分数为 30%的 PCPU,PCPU 膜拉伸强
度可达 23 MPa,断裂伸长率高达到 900%,耐热性
优异。
(2)以 PC 为软段的聚氨酯对 LiTFSI 有着很优
异的盐溶能力。将合成的 PCPU 与 LiTFSI 复合得到
最佳 SPE 的锂盐质量分数为 70%,电解质在 60 ℃时
–6
电导率达到 2.09×10 S/cm,以此 SPE 填充到多孔
PP 隔膜上形成复合膜电解质组装的 LiFePO 4 正极固
态电池,在 60 ℃和 0.2C 电流密度下放电比容量可
达 153 mA·h/g,循环 100 次容量保持率良好。该
PCPU 酯基固态电解质降低了固态聚合物电池使用
温度,扩大了 PCPU 电解质的应用范围。使得聚氨
酯电解质在锂电池中有着良好的应用前景。
参考文献:
[1] Mauger A, Armand M, Julien C M, et al. Challenges and issues
facing lithium metal for solid-state rechargeable batteries[J]. Journal
of Power Sources, 2017, 353: 333-342.
[2] Xu K. Electrolytes and interphases in Li-ion batteries and beyond[J].
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[3] Porcarelli L, Shaplov A S, Salsamendi M, et al. Single-ion block
图 5 基于 PCPU-70%Li/PP 的全固态锂电池在 60 ℃,0.2、 copoly (ionic liquid)s as electrolytes for all-solid state lithium
0.5 和 1.0 C 下的充电/放电曲线(a)和库伦-倍率性 batteries[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8(16):
能(b);使用 PCPU-70%Li/PP 和 PEO-20%Li 电解 10350-10359.
质的全固态锂电池的循环性能(c) [4] Zhang J, Zhao N, Zhang M, et al. Flexible and ion-conducting
Fig. 5 Charge/discharge curves(a) and C-rate capability(b) membrane electrolytes for solid-state lithium batteries: Dispersion of
of all-solid-state lithium batteries based on PCPU- garnet nanoparticles in insulating polyethylene oxide[J]. Nano
70%Li/PP at rates of 0.2, 0.5 and 1 C at 60 ℃; Energy, 2016, 28: 447-454.
cycling performance of the all-solid-state lithium [5] Sun B, Mindemark J, Morozov E V, et al. Ion transport in
batteries using PCPU-70%Li/PP and PEO-20%Li polycarbonate based solid polymer electrolytes: Experimental and
SPE (c)
computational investigations[J]. Physical Chemistry Chemical
图 5c 分别为采用 PCPU-70%Li/PP 和 PEO-20%Li Physics, 2016, 18(14): 9504-9513.
[6] Kimura K, Yajima M, Tominaga Y. A highly-concentrated poly
电解质制备的全固态电池在 60 ℃、0.2 C 电流密度
(ethylene carbonate)-based electrolyte for all-solid-state Li battery
下的循环性能图。可以看出,PCPU-70%Li/PP 电解
working at room temperature[J]. Electrochemistry Communications,
质组装的全固态锂电池在 0.2 C 下首次放电比容量 2016, 66: 46-48.
为 153 mA·h/g,第 100 次放电比容量为 131 mA·h/g, [7] Yue H, Li J, Wang Q, et al. Sandwich-like poly (propylene
100 次循环后容量保持率为 86%,表现出较好的充 carbonate) based electrolyte for ambient-temperature solid-state
放电稳定性。与之相比,PEO 基电解质电池在初始 lithium ion batteries[J]. Acs Sustainable Chemistry & Engineering,
2017, 6(1): 268-274.
充放电时有着 154 mA·h/g 的放电容量,随着充放电
[8] Morioka T, Ota K, Tominaga Y. Effect of oxyethylene side chains on
次数增加,容量逐渐下降,在 74 次充放电循环后,
ion-conductive properties of polycarbonate-based electrolytes[J].
容量开始快速衰减,100 次循环后放电比容量仅有 Polymer, 2016, 84: 21-26.
17.6 mA·h/g,这与文献[36]报道的一致。PEO 基电 [9] Mindemark J, Mogensen R, Smith M J, et al. Polycarbonates as