基于PAN/TPU的复合聚合物电解质用于在室温下工作的离子电池

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 聚合物科学 聚合物科学

背景情况:

• 离子电池对于下一代技术至关重要,因为它们的能量密度和寿命很高.
• 传统的有机液体电解质存在安全风险 (爆炸性,挥发性,有毒).
• 复合聚合物电解质 (CPE) 提供了增强的安全性和稳定性,但通常需要材料优化.

研究的目的:

• 开发和描述一种新的复合聚合物电解质 (CPE),以提高离子电池的安全性和性能.
• 为了研究优化CPE的电化学特性和稳定性.
• 为了评估离子电池的性能,使用开发的CPE.

主要方法:

• 用于从聚氨 (TPU),聚烯 (PAN),Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄) ₃ (LATP) 陶填充剂和LiClO₄制备CPE的溶液造技术.
• 优化配方使用40重%的TPU,60重%的PAN和10重%的LATP.
• 电化学特性包括离子导电性,离子转移数和电化学稳定性窗口.
• 使用CPE组装和测试一个LiFePO₄/Li电池.

主要成果:

• 最佳的CPE配方 (40重%TPU,60重%PAN,10重%LATP) 在30°C实现了2.1×10−4S cm−1的离子导电性和0.60的离子转移数 (tLi+) .
• 证明了显著的电化学稳定性和强大的安全性能.
• LiFePO₄/Li电池在室温下表现出极好的循环稳定性和速率能力.
• 在1°C时提供130 mAh g-1和0.2°C时提供168 mAh g-1,在25°C时100个循环后保持98%的容量.

结论:

• 开发的复合聚合物电解质为离子电池的传统液态电解质提供了一个有希望的,更安全的替代品.
• 优化的TPU,PAN和LATP混合物增强了离子导电性和电化学稳定性.
• 该CPE显示出在高性能和安全的离子电池中实际应用的巨大潜力.