《鋰空氣電池用聚合物電解質》是依託上海交通大學，由李磊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鋰空氣電池用聚合物電解質
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李磊
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋰空氣電池因其具有高理論能量密度、材料成本低廉、環境友好等優勢而受到廣泛關注。但目前缺少穩定電解液已成為制約其實用化的主要瓶頸之一。為此，我們提出以全氟磺酸鋰聚合物為基材製備出滿足鋰空氣電池使用要求的新型聚合物電解質的思路。在已有研究的基礎上，通過設計併合成出具有穩定結構的全氟磺酸聚合物材料，並將其與離子液體和鋰鹽複合得到聚合物電解質，系統研究聚合物電解質組成、微觀結構與性能之間關係，最終得到具有優異穩定性、高電導率的聚合物電解質。我們還將合成出電池電極用全氟磺酸鋰聚合物粘結劑，在降低電極與聚合物電解質界面電阻的同時提高電極內鋰離子傳遞速率。基於此，最終製備出高性能、長壽命的鋰空氣電池，為鋰空氣電池的實用化打下堅實的理論基礎。
結題摘要
鋰空氣電池因其具有高理論能量密度、材料成本低廉、環境友好等優勢而受到廣泛關注。但是目前鋰-空氣電池普遍存在的循環穩定性差、倍率小等關鍵問題。為此，我們先後開展了以下幾方面的工作，以解決鋰-空氣電池所遇到的關鍵問題：（1）新型鋰-空氣電池用液體電解液：（a）提出在液體電解液中添加超氧自由基捕捉劑——三氟甲磺酸鈰以提高電池性能的新策略。將三氟甲磺酸鈰作為添加劑加入到四乙二醇二甲醚電解液中，可顯著提高電池循環性能。（b）基於不含α氫的酯類溶劑新型液體電解液的研究。研究了基於特戊酸甲酯和特戊酸氯甲酯為溶劑的液體電解液用於鋰空氣電池的可行性。由於溶劑化學結構中不含α氫，使得新型液體電解液具有優異的耐超氧根離子穩定性能。通過NMR測試發現電解液在鋰氧氣電池循環後不發生任何分解。（c）針對常規電解液體系LiTFSI/G4電池的倍率性能（尤其在大電流密度下）較差的問題，我們提出選用G3（三乙二醇二甲醚）為溶劑可提高鋰空氣電池的倍率性能。（2）新型鋰-空氣電池用聚合物電解質：製備了鋰化全氟磺酸新型聚合物電解質。該新型聚合物電解質具有良好的機械強度、高室鋰離子電導率（10-3 S cm-1），且鋰離子遷移數達到0.93，。鋰-氧氣電池具備良好的電化學可逆性，在限定容量為1000mAh g-1、電流密度為1A g-1下穩定循環100圈而不衰減。（3）新型鋰-空氣電池用隔膜：利用我們已掌握的表面塗層技術，將具有捕獲超氧根離子功能的單寧酸塗覆到Celgard隔膜表面，在不改變隔膜內部結構的同時可顯著提高隔膜在電池中的使用壽命。（4）新型鋰-空氣電池空氣電極用聚合物粘結劑：設計併合成出帶有鋰離子官能團的改性PVDF-HFP聚合物粘結劑。由於牛磺酸鋰改性PVDF-HFP具有可傳遞鋰離子的性能，從而可顯著提高鋰離子電池的倍率性能。（5）新型鋰-空氣電池空氣電極結構設計：我們創新性的提出將具有儲鋰功能的氟碳加入到空氣電池中，製備出氟碳-碳黑雜化空氣電極，以改善電池在大電流密度下的倍率性能。
