储能科学与技术 ›› 2021, Vol. 10 ›› Issue (6): 2077-2081.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0166

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PVDF-HFP基凝胶固态聚合物电解质的合成与锂离子电池性能

刘如亮1,2(), 高兴远1,2(), 尹伟1,2(), 杨乃涛3()   

  1. 1.广东第二师范学院化学系，广东 广州 510303
    2.广东省普通高校先进材料与节能减排工程技术开发中心，广东 广州 510303
    3.山东理工大学化学化工学院，山东 淄博 255049
  • 收稿日期:2021-04-21 修回日期:2021-06-21 出版日期:2021-11-05 发布日期:2021-11-03
  • 作者简介:刘如亮（1985—），男，理学博士，讲师，从事锂离子电池研究，E-mail： liuruliang@gdei.edu.cn|高兴远（1987—），男，工学博士，讲师，从事纳米材料的设计与合成及其在能源、材料和催化领域的应用研究，E-mail：gaoxingyuan@gdei.edu.cn|尹伟，博士，教授，研究方向为锂离子动力电池、环境友好材料，E-mail： yinwei@gdei.edu.cn|杨乃涛，博士，教授，研究方向为无机膜、多相催化及固体氧化物燃料电池，E-mail： naitao@sdut.edu.cn。
  • 基金资助:
    2019年度广东省普通高校青年创新人才类项目(2019KQNCX098);2021年度广州市基础研究计划基础与应用基础研究项目(202102020134);2020年度广东省普通高校特色创新项目(2020KTSCX092);国家自然科学基金项目(21978157)

Synthesis of PVDF-HFP based gel polymer electrolyte and study of lithium ion battery performance

Ruliang LIU1,2(), Xingyuan GAO1,2(), Wei YIN1,2(), Naitao YANG3()   

  1. 1.Department of Chemistry and Material Science, Guangdong University of Education, Guangzhou 510303, Guangdong, China
    2.Engineering Technology Development Center of Advanced Materials and Energy Saving and Emission Reduction in Guangdong Colleges and Universities, Guangzhou 510303, Guangdong, China
    3.School of;Chemistry and Chemical Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, Shandong, China
  • Received:2021-04-21 Revised:2021-06-21 Online:2021-11-05 Published:2021-11-03

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摘要：

聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)基凝胶聚合物电解质被认为是解决锂电安全性问题的一种有前途的固态电解质。然而，目前报道的是凝胶固态聚合物电解质由于含有大量易燃物质，安全性仍然无法保证。因此，本文合成制备基于PVDF-HFP的新型凝胶聚合物电解质，使用丁二腈(SN)作为塑化剂，双三氟甲基磺酰胺亚锂(LiTFSI)作为锂盐，利用热交联法原位制备了高热稳定性的新型凝胶固态聚合物电解质(GSPE)。优化后的凝胶聚合物电解质离子电导率在25 ℃时可高达3.7×10-3 S/cm，电化学窗口室温下可达4.5 V。此外，凝胶聚合物电解质与电极具有良好的界面相容性；组装的磷酸铁锂电池在1 C下循环80次，容量保持率为89%。本项研究工作展示了高性能凝胶聚合物电解质对提升锂离子电池的循环稳定性与安全性具有较大潜在的应用价值。

关键词: 锂离子电池, 凝胶固态聚合物电解质, PVDF-HFP, 塑化剂

Abstract:

Gel polymer electrolyte based on polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP) is regarded as a promising solid electrolyte for addressing the problem of lithium power safety. However, because they contain a lot of flammable substances, gel solid polymer electrolytes are still not guaranteed at the moment. Therefore, a new type of gel polymer electrolyte based on PVDF-HFP was synthesized. Using succinonitrile (SN) as a plasticizer and lithium bis(trifluoromethanesulphonyl)imide (LiTFSI) as the lithium salt, a new gel solid polymer electrolyte (GSPE) with high thermal stability was prepared in situ by the thermal cross-linking method. At 25 ℃, the optimized gel polymer electrolyte's ionic conductivity can reach 3.7×10-3 S/cm, and the electrochemical window can reach 4.5 V. In addition, the gel polymer electrolyte has good electrode interface compatibility. The assembled lithium iron phosphate battery is circulated 80 times at 1 C, with an 89% capacity retention rate. This study shows that high-performance gel polymer electrolytes have great potential applications in improving the cycle stability and safety of lithium-ion batteries.

Key words: lithium-ion battery, gel solid polymer electrolyte, PVDF-HFP, plasticizer

中图分类号: