一种新型有效的无溶剂锂离子电池电解质

Int. J. Energy Res.：基于多壁碳纳米管和二氧化硅纳米填料增强的聚环氧乙烷的电纺核-壳纳米纤维：一种新型有效的无溶剂锂离子电池电解质

DOI: 10.1002/er.5475

将导电填料嵌入无溶剂的聚合物电解质中可增强电解质膜的电化学性能，从而导致较高的离子电导率，较低的容量衰退等。尽管聚合物基质中导电填料的存在增加了电短路的风险，但是在本文中，通过简单的静电纺丝法制备了基于聚环氧乙烷（PEO）的核-壳纳米纤维。在核-壳电纺纤维中，碳酸亚乙酯（EC）和高氯酸锂（LiClO4）分别用作增塑剂和锂盐。核部分由掺有SiO2纳米颗粒的PEO/EC/LiClO4壳部分包裹。通过改变纳米纤维核部分中的多壁碳纳米管（MWCNTs）的比例来评估所制备膜的各种性能。通过FESEM和TEM图像研究了电纺纤维的形貌和核-壳结构。根据FTIR和XRD结果，将EC增塑剂和填料添加到初纺纤维中会增加自由离子和非晶区的比例。从电化学阻抗谱研究来看，通过将增塑剂分子和填料颗粒嵌入核-壳结构中，可以提高其离子电导率。无填料和负载填料的纳米纤维膜的最高离子电导率分别为0.09和0.21 mS.cm-1。制备的垫子遵从阿累尼乌斯行为（R2〜1）。介电研究证实了从离子电导率中获得的数据。此外，通过将MWCNTs填料掺入到电纺纳米纤维的核部分中，可将剩余容量从69％提高到85％。研究结果有助于开发嵌入有导电填料的多功能纳米纤维膜，作为用于锂离子电池的无溶剂电解质。

图1.聚合物溶液制备和静电纺丝过程的示意图[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图2.无填料电纺核-壳纳米纤维（CS1至CS4）的FE-SEM图像

图3.不同比例MWCNTs和0.07 wt％SiO2负载的核-壳纳米纤维电解质的FE-SEM图像

图4.A.PEO/EC/LiClO4纳米纤维，B.SiO2纳米颗粒负载的PEO/EC/LiClO4纳米纤维和C-E.电纺CNT3Si@CS4纳米纤维的TEM图像

图5.A.CS4，B.CNT1Si@CS4，C.CNT2Si@CS4和D.CNT3Si@CS4核-壳纳米纤维的元素分析[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图6.A.电纺电解质的FTIR光谱，B.自由离子比例[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图7.A.初纺膜的XRD图，B和C.电纺膜CS4和CNT1Si1@CS4结晶和非晶区的XRD图，以及D.制成的电解质的结晶相（％）[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图8.包括CS1、CS4和CNT3Si1@CS4电解质的电纺膜的TGA热分析图[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图9.A.用于EIS测试的电池配置，B和C.无填料和填料负载的电纺核-壳电解质的Nyquist图，以及D.用于拟合EIS数据的等效电路模型[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图10.电纺核-壳纳米纤维的温度依赖性电导率[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图11.各种电纺电解质的频率与A.介电常数、B.介电损耗、C.实际电模量和D.虚电模量的关系图[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图12.电纺核-壳垫的耗散因数随频率的变化[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图13.使用初生纳米纤维作为无溶剂电解质的预制电池的电化学性能：A.各种样品的容量保持率与循环次数的关系，B.CNT3Si@CS4电纺膜在0.1至1.5 C下的速率性能以及C.CNT3Si@CS4纳米纤维在0.16 mA.cm-2下随时间变化的电压曲线[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

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文章来源：易丝帮