用于锂离子电池应用的固态接枝共聚物电解质

本实验的总体目标是制备固态聚合物锂电池。首先采用自由基聚合方法合成接枝聚合物，然后用锂粉涂覆正极。接着将固态聚合物分别涂覆在正极和金属锂负极上。

现在将正极和负极组装成一个完整的电池。通过导电性测试来证明固态聚合物能够作为电解质发挥作用。我们最初提出该方法的想法，是因为希望改善正极颗粒与聚合物电解质之间的润湿性。

我们通过使用该聚合物作为正极粘结剂来制备正极混合物。将磷酸铁锂粉末与炭黑进行球磨处理，然后将混合物按质量比5:1:1溶解于接枝共聚物电解质溶液中，在持续搅拌下敞口加热浆料至80摄氏度。随后对浆料进行超声处理并磁力搅拌，以确保充分混合。

现在，将浆料以10毫克/平方厘米的负载量用刮刀涂布到铝箔上。将复合正极在80摄氏度的真空烘箱中干燥过夜，以去除残留的四氢呋喃和水分。将复合正极转移至充满氩气的手套箱中，使用高精度电极冲片机冲切成1.4平方厘米的小圆片。

然后将纯 GCE 溶液滴涂到电极圆片上，形成电解质层。在手套箱内将最终的阴极电解质圆片置于加热板上加热，露点为 80 摄氏度，以蒸发 THF。现在使用手动封口工具，将 CR 2032 纽扣电池与尺寸相同的涂有 GCE 的金属锂圆片组装在一起。

为比较性能，组装第二组电池，其组成采用相同的磷酸铁锂粉末和金属锂负极。但使用A-P-V-D-F粘结剂树脂、A-P-V-D-F隔膜，以及由浓度为1摩尔的六氟磷酸锂溶于EC与DMC体积比为1:1的混合溶剂中的液态电解质。随后在室温下使用32通道Mac 4,000电池测试仪进行循环测试。

锂基电池的能量密度高于铅酸、镍、镉和镍金属氢化物电池。一个完整的锂离子电池由正极、负极、电解质和隔膜组成。电解质通过其自身以及电极-电解质界面处的阻抗，影响电池的整体功率性能。

在此示例中，使用两种单体 POEM 和 PDMS 合成了一种接枝共聚物，其最终分子量为 500,000 克每摩尔。扣式电池的组装方式如本示意图所示，图中包含磷酸铁锂的灰色颗粒、碳的黑色颗粒、蓝色的“意大利面”状结构、GCE 以及金属锂负极。与液体中不同，离子沿聚合物链的传输必须克服两个活化能垒。

配位EO单元对离子的溶剂化作用具有最强的依赖性，而聚合物的链段运动则对VLE Toman vulture具有依赖性。室温下电池循环性能的这些数据显示了采用常规液体电解质（15毫安/克）和接枝共聚物电解质粘结剂（10毫安/克）的电池的充放电曲线。正如预期，固态聚合物电池的放电电压曲线在不同放电电流下均表现出温度依赖性。

放电电压曲线可以表示为比容量的函数。注意，在较高温度下性能更优。聚合物电解质电池和液体电解质电池在不同功率密度下的能量密度可以用Ragone图来表示。

请注意，按照本方案操作，固态聚合物电池可在高温下安全运行。还可采用其他方法，如计数和粒径分析，以回答其他问题，例如阴极的孔隙率以及粒径对电池整体性能变异性的影响。