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第 5 期 王 超，等: 固态锂离子电池用聚碳酸酯型聚氨酯粘结剂 ·959·

1
1.3 PEO/TPU 复合固态电解质膜的制备 HNCOO—伸缩振动峰；在 941 cm 处出现聚碳酸酯
取 3 g 热塑性聚氨酯（TPU）树脂，加入 10.3 g 中的—C—O—C—伸缩振动峰 [17] 。上述特征峰可以
DMF 和 4.4 g 丙酮〔m(DMF)∶m(丙酮)=7∶3〕配制 证明，合成的产物已经具有聚碳酸酯型聚氨酯结构。
成固含量 17%的纺丝原液。在纺丝距离为 14 cm，
电压为 20 kV 下纺丝，得到 TPU 纺丝膜。配制含质
量分数 5%纳米 SiO 2 和质量分数 20% LiTFSI 的 PEO
水溶液，将 PEO 溶液浇铸在 TPU 纺丝膜上并在普
通烘箱中 60 ℃下干燥 24 h，得到 PEO/TPU 复合固
态电解质膜。将电解质膜裁成直径为 16 mm 的圆片，
并在真空干燥箱中 60 ℃下干燥 12 h 备用。
1.4 电池组装
将活性物质 LiFePO 4 、导电剂 SP 和粘结剂 PCPU

分别按质量比 60∶20∶20、70∶15∶15、80∶10∶
图 1 PCPU 薄膜的红外光谱图
10、80∶15∶5、90∶5∶5 五种比例配成正极浆料， Fig. 1 FTIR spectrum of PCPU film
用刮刀刮涂在铝箔上。放在 80 ℃鼓风烘箱干燥 24 h
后，裁成直径为 12 mm 的小圆片，再在真空烘箱干 2.2 热稳定性分析
燥 6 h 得到正极片。将正极片、PEO/TPU 复合固态电 图 2 是合成的聚碳酸酯型聚氨酯胶膜在氮气氛
解质膜、锂片在手套箱中组装成扣式电池（CR2032）。 围下的 TG 曲线。
将 LiFePO 4 、SP 和 PCPU 不同质量比组装的电池分
别标记为 PCPU-602020 、 PCPU-701515 、 PCPU-
801010、PCPU-80155、PCPU-9055。本实验同时采
用商用的 PVDF 作为对比粘结剂，按照 LiFePO 4 、
SP 和 PVDF 质量比为 80 : 10 : 10 制备正极片，并组
装成全固态电池，标记为 PVDF-801010。

2 结果与讨论

2.1 PCPU 结构表征

图 1 为合成的聚碳酸酯型聚氨酯的红外光谱图。 图 2 PCPU 薄膜的 TG 曲线

1
可以看出，在 3367 cm 处出现了 N—H 的伸缩振动 Fig. 2 TG curve of PCPU film
1
峰，而在 3460 cm 处并没有出现自由 N—H 的伸缩
振动峰，这可能是由于硬段中的 N—H 参与了氢键 一般来说，聚氨酯的分解分为两个部分。一部
的形成，导致 N—H 的伸缩振动峰向低波数红移 [16] ； 分为硬段的分解，一部分为软段的分解 [18] 。从图 2
1
2922 和 2848 cm 处为甲基和亚甲基的伸缩振动峰； 可以看出，PCPU 的分解温度在 300~570 ℃。失重
1720 cm 1 处较强的宽峰为聚碳酸酯自由羰基和聚 为5%时的温度大约在 312 ℃，此部分为硬段的分解 [19] 。
氨酯氨基甲酸酯键非氢键结合羰基的特征吸收峰。 由此可以看出，合成的 PCPU 在 0~300 ℃具有良好热
1
[2]
1506 cm 处存在 C—N—H 的面内对称弯曲振动吸 稳定性。固态电池的使用温度一般在 25~100 ℃ ，所
1
收峰；1226 cm 处出现的强峰为聚碳酸酯和氨基甲 以合成的 PCPU 完全能够满足固态电池的安全需
酸酯中酯基的特征峰；1050 cm 1 处为典型的— 要，具有实际的应用价值。