聚醚电解质用于室温固态锂硫电池研究开题报告

1. 研究目的与意义

锂硫（li–s）电池正成为轻型应用（例如，无人驾驶的空中和自主水下航行器）和大型电动汽车（例如卡车和公共汽车）的诱人动力源，其低成本和高理论价值使其受到激励重量能量密度。锂-硫(li-s)电池具有较高的理论能量密度(2600 wh kg1)，是下一代储能系统的理想选择。但在实际应用中存在以下几个问题:(1)易燃易爆低沸点醚基电解液的潜在危险;(2)充放电过程中锂枝晶的生长;(3)可溶锂多硫化物(lips)在液体电解质中的穿梭效应导致其性能迅速衰减。

最近，不使用挥发性液体溶剂的全固态锂硫电池(asslsb)成为一种有效的替代方案，因为lips和锂枝晶生长的梭动效应可以被固态电解质(sse)极大地抑制用固态电解质代替液态电解质为改善li-s电池的安全性和能量密度提供了绝佳的机会。但是，室温下界面接触不良或在缺乏液体成分的情况下离子电导率较低，严重损害了所有固态li-s电池的电化学性能。加入最少量的液体增塑剂后，该化合物可有效缓解界面问题并增强电解质和电极中的离子迁移，近年来，用于li–s电池的准固态电解质（qsse）受到了广泛关注。

固态锂硫电池中通过固态电解质代替传统液态电解质，有望同时解决多硫化物溶解和穿梭、锂枝晶生长、锂硫电池安全性差等重要科学和技术难题。近年来，锂硫电池用全固态电解质如聚氧化乙烯（peo）基聚合物电解质、玻璃陶瓷电解质（li2s-p2s5）和快离子导体（lisicon）的研究逐渐展开，但是全固态锂硫电池仍面临巨大的挑战。无机固态电解质尽管具有较高的锂离子电导率，但其巨大的电极/电解质界面阻抗始终无法解决。利用固态聚合物电解质（spe）来解决锂硫电池中多硫化合物的穿梭效应最近引起了人们极大的关注。固态聚合物电解质具有一系列的优点，如良好的力学性能和成膜性，容易与锂金属形成稳定的界面；另外，模量足够高的聚合物可以防止锂枝晶的形成。目前固态聚合物电解质的聚合物基体主要包括聚偏氟乙烯（pvdf）、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（pvdf-hfp）、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）和peo等，但是现有的这些固态聚合物电解质普遍具有室温离子电导率低的缺点，因此在锂硫电池中的应用同样受到限制。相比于传统的聚合物电解质体系，聚醚类固态电解质具有更高的室温离子电导率，且对锂硫电池正负极十分稳定，因此，用于固态锂硫电池中有望实现室温下的高效稳定循环。

2. 研究内容和问题

本课题的基本内容：

（1）从热力学性能，机械性能，电化学性能研究聚醚类固态电解质相较传统电解液的优势。

（2）从电极与固态电解质电化学兼容性和界面接触等角度研究改进聚醚类固态电解质的方法。

3. 设计方案和技术路线

选择1,3-二氧戊环为聚合物电解质聚合单体，以litfsi作为主要锂盐，添加少量lipf6作为引发剂，引发1,3-二氧戊环实现阴离子聚合，对得到的聚合物进行红外光谱（ftir）分析，研究聚合物的官能团变化，证明成功聚合。

用 2 m litfsi将少量lipf6溶解在 dol液体中。前体溶液中引发剂 lipf6 的量为 0.2 wt%。然后，在聚合之前将前体注入电池中，然后环醚将在电池内部进行开环聚合。组装的电池在测试前放置 48 小时，以确保 dol 已聚合成 pdol。可以添加 dads(sigma-aldrich) 添加剂 (1 wt%)，并在初始循环中通过电化学聚合将其转化为聚 (烯丙基硫化锂) (plas)，以帮助提高性能。

将固态聚合物电解质组装成电池，进行恒流充放电测试，交流阻抗谱测试(eis)，循环伏安法(cv)测试，研究固态电解质电化学稳定性和固态锂硫电池的循环性能。

4. 研究的条件和基础

实验所需所有基础材料：

分析天平，镊子，药勺，li粉，c粉，s粉，去离子水，研钵，5ml药瓶，dads，dol，litfsi，lipf6，磁力搅拌器，负极壳，正极壳，垫片，li片，弹片，隔膜，铝箔。

电池组装设备：