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PEO基聚合物电解质因可能取代传统锂离子电池中液态电解质而受到广泛关注,但是由于PEO结晶度高,使得PEO基聚合物电解质室温电导率低,限制了其在锂离子电池中的应用。为了改善PEO的室温电导率,本工作采用无机纳米粒子Li4Ti5O12为填料,对PEO基聚合物电解质进行改性。借助XRD、SEM、DSC、EIS和DC等表征手段对改性后聚合物电解质的物理以及电化学性能进行了研究。
在PEO16-LiC1O4聚合物电解质中添加Li4Ti5O12纳米粒子后,能降低PEO的结晶度和玻璃化转变温度,提高锂离子迁移数和扩散系数,当Li4TisO12的含量为15%D寸,PEO链段的运动能力最强,离子电导率达到最大值,30℃电导率为5.31×10-5S/cm,比PEO16-LiC1O4体系提高了2～3个数量级。同时加入Li4Ti5O12纳米粒子能改善聚合物电解质与金属Li电极界面的特性,降低其界面电阻,与Li/PEO16-LiC1O4/LiFePO42032扣式电池相比,采用PEO16-LiC1O4-15%Li4Ti5O12复合聚合物电解质膜的电池内阻小,放电容量大,表现出良好的循环稳定性和倍率性能。
针对锂硫电池放电产物易在电解液中溶解的缺点,采用活性炭作吸附剂制得的碳硫复合材料作正极,PEO16-LiC1O4-15%Li4Ti5O12复合聚合物作为电解质膜,金属锂作负极组装成锂硫全固态二次电池,在80℃50mA/g电流密度下第二次放电容量为1155.6mAh/g,循环30次后容量还有812mAh/g,容量保持率超过70%,最终放电产物Li2S在PEO16-LiC1O4-15%LTO聚合物电解质中没有出现像传统液态电解质那样大量溶解的情况,表现出良好的循环性能。