聚合物固态电解质锂硫电池的制备及电化学性能研究.pdf

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文

聚合物固态电解质锂硫电池的制备及电化学性能研

究

摘要

随着日益加剧的碳排放量以及逐步短缺的化石能源，研发更加安全环保的

储能技术迫在眉睫。聚合物电解质作为解决锂硫电池穿梭效应以及提高锂硫电

池安全稳定性的一种革命性的技术，正被广泛研究。然而，聚合物固态电解质

仍然存在着低离子迁移率以及电池性能不稳定等问题。针对上述问题，本文设

(-)(PVDF-HFP)

计了以聚偏氟乙烯六氟丙烯为基底，制备了不同比例的聚合物电

解质，并对聚合物电解质掺杂纳米填料进行改性。本文制备的聚合物电解质组

装成锂硫电池，提高了锂硫电池的充放电容量以及循环稳定性，抑制了负极表

面枝晶生长。通过电化学性能测试表征，探究了聚合物电解质对于锂硫电池各

项性能的影响。

主要研究内容如下：采用了浇铸法制备PVDF-HFP基聚合物电解质，探究

了不同LiTFSI与PVDF-HFP的质量比和不同PVDF-HFP分子量对锂硫电池性

LiTFSIPVDF-HFP1:1

能的影响。在实验中发现当与的质量比为时聚合物电解

质的阻抗最低，离子电导率最大。应用分子量为40000的PVDF-HFP制备LiTFSI

PVDF-HFP1:1

与的质量比为的聚合物电解质组装的锂硫电池具有最高的放电

35℃0.5C450

容量以及最稳定的循环性能，在、条件下，电池在次循环后放电

比容量为320.91mAh/g，容量保持率为33.75%。为了提高聚合物电解质的性能，

以六方氮化硼(HBN)为二维填料，采用浇铸法制备了HBN-PVDF-HFP聚合物电

解质。与LiTFSI/PVDF-HFP聚合物电解质相比，HBN纳米片的加入不仅显著

提高了聚合物电解质的离子电导率，还增加了界面稳定性。电化学性能测试结

果表示，当HBN的含量达到10%时具有最高的离子电导率。在35℃、0.5C条

件下，电池循环首圈次后的放电比容量为1100.01mAh/g，在450次循环后放电

比容量为490.85mAh/g容量保持率为44.62%，平均库伦效率100.45%。

关键词锂硫电池；聚合物电解质；六方氮化硼；锂枝晶；电解质膜

-I-

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文

PreparationandElectrochemicalStudyofPolymer

SolidElectrolyteLithium-SulfurBatteries

Abstract

Withincreasingcarbonemissionsandagradualshortageoffossilenergy,the

developmentofsaferandmoreenvironmentallyfriendlyenergystoragetechnologies

isurgent.Polymerelectrolytesarebeingwidelystudiedasarevolutionary

technologytoaddresstheshuttleeffectinlithium-sulfurbatteriesandtoimprovethe

safetyandstabilityoflithium-sulfurb