聚合物穩定納米類流體電解質的設計與電化學性能

《聚合物穩定納米類流體電解質的設計與電化學性能》是依託華中科技大學，由薛志剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：聚合物穩定納米類流體電解質的設計與電化學性能
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：薛志剛
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

提高聚合物電解質材料的離子電導率和力學強度是鋰離子電池高性能化的關鍵。本項目擬設計一種離子電導率與力學性能兼優的高性能聚合物穩定納米類流體（PSSN）電解質材料。首先，通過離子交換或酸鹼中和反應,將低分子量聚乙二醇接枝到納米粒子表面，製備離子型納米類流體。通過納米粒子的粒徑、聚乙二醇分子量和接枝密度調控納米類流體的表面性質和流動特性。通過分子設計和原位自由基聚合，合成基於離子型納米類流體的聚合物穩定電解質。一方面，納米類流體既可以抑制聚合物基體的結晶，接枝的聚乙二醇還可作為離子傳導新通道，有效提高聚合物電解質的離子電導率；另一方面，所形成的聚合物三維網路將為電解質材料提供較高的力學強度。通過研究離子型納米類流體結構、電解質材料組成對PSSN電解質離子電導率和力學性能的影響，探討其離子傳導機制，為製備高電導率、高強度聚合物電解質材料提供新的設計思路和研究方法。

結題摘要

本項目通過無機填料複合構建複合聚合物電解質 (CPEs)、採用交聯共聚法對PEO基固態電解質進行改性，為聚合物電解質的發展提供了新思路。首先，製備了離子鍵修飾的納米SiO2 (IBNs) 和共價鍵修飾的納米SiO2 (CBNs) 兩種無機填料，並分別將這兩種填料與鋰鹽/PEO混合，通過物理摻雜製備了不同類型的CPEs。填料結構與電解質組成之間的協同效應是改善CPEs性能的關鍵。其次，通過UV輻照製備的PEO基交聯網路聚合物電解質具有高的機械強度，但其脆性較大。對PEGMA和PEGDA 進行可逆加成-斷裂鏈轉移聚合，所製得的電解質具有較好的柔性。同時，電解質的離子電導率隨PEGMA含量的增加而升高。在此基礎上，向體系中摻雜IBNs製備了CPEs，材料的離子電導率得到明顯改善。再次，通過巰基-烯反應製備了一系列具有可控網路結構的新型柔性有機-無機雜化固態電解質 (cnHSEs)。cnHSEs兼具複合聚合物電解質及交聯網路聚合物電解質的優勢。同時，cnHSEs具有較寬的電化學氧化電位。此外，cnHSEs表現出對磷酸鐵鋰和鈷酸鋰多種正極材料良好的兼容性，由其組裝的電池也顯現出穩定的可逆充放電循環性能。最後，設計一種具有自癒合性能的有機-無機雜化聚合物電解質。該聚合物電解質基體中含有的大量氫鍵可增加電解質的粘附性，在電池裝配過程中能緊密地粘附在電極表面，從而獲得良好的電解質/電極兼容性能，進而提高鋰電池的電化學性能。這為研究高電壓柔性鋰金屬電池用聚合物電解質提供了有效的方法。