摘要
可充电锂离子电池已广泛应用于便携式电子产品和电动汽车领域。然而，传统锂离子电池中使用的有机液态电解质存在泄漏、燃烧甚至过热爆炸等严重的安全隐患。用固态电解质取代液态电解质将提高电池的安全性，并且为高容量金属电极的应用提供了可能。聚氧化乙烯基（PEO）聚合物电解质是近年来研究最深入的体系之一，它具有低易燃性、加工简单以及对振动、冲击和机械变形的耐受性高等优点，是聚合物固态电解质研究的热点。但是，目前已报道的聚合物电解质综合性能难以满足高能量密度固态锂金属电池的需求，依然存在许多问题，例如离子电导率和机械强度较低、界面稳定性差等。为解决上述问题，本文开展了以下研究工作： （1）将石榴石型Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12（LLZTO）微米颗粒分散在PEO基体中，制备出PEO-LLZTO复合固态电解质。通过施加一定的堆叠压力增强了电极与PEO-LLZTO电解质之间的接触，降低界面电阻，抑制锂枝晶的生长。并且，随着堆叠压力的升高，PEO-LLZTO的临界电流密度也会增加。此外，压力能够改善固态锂金属电池的电化学性能，对于PEO-LLZTO电解质最优堆叠压力为1MPa。在1MPa压力下锂对称电池能够稳定循环超过350h，与LiFePO4组装成全固态电池，在50℃、0.1C下电池首圈放电比容量为140.2mAhg-1，循环100圈后容量保持率为79.4%，库伦效率保持在96%以上。 （2）将丁二腈增塑剂（SN）添加到PEO基体中，通过逐层溶液浇铸法制备出LLZTO含量不同的的双层PEO-LLZTO-SN复合电解质（DCSE）。其中，SN材料作为增塑剂，可以提高复合电解质的离子电导率，增强聚合物基体的粘附性，从而降低界面电阻。此外，DCSE薄膜中LLZTO填料在靠近锂金属的界面处富集，提高了电解质的机械强度，有助于抑制锂枝晶的生长。在电化学性能方面，DCSE的室温离子电导率为2.86×10-5Scm-1，电化学窗口达到了5.0V。在0.4MPa压力下锂对称电池能够稳定循环超过400h，与LiFePO4组装成全固态电池，在40℃、0.5C下电池首圈放电比容量为142mAhg-1，循环100圈后容量保持率为84.7%，库伦效率保持在98%以上。 （3）通过逐层溶液浇铸法制备出一种新型的异质双层复合固态电解质（HBSE）。其中，正极侧采用聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）电解质，超薄的纯聚合物层改善了HBSE与正极的界面接触，有效降低电池的界面电阻。负极侧采用PEO-LLZTO复合电解质，高陶瓷含量增强了电解质的机械强度，有助于抑制锂枝晶的生长。在0.6MPa压力下锂对称电池能够稳定循环超过1000h，临界电流密度达到了0.55mAcm-2。与LiFePO4组装成全固态电池，在50℃、0.5amp;nbsp;C下电池首圈放电比容量为146.7mAhg-1，循环100圈后容量保持率为82.1%，库伦效率保持在98%以上。
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