外文翻译：掺入硅酸镁铝的以聚(环氧乙烷)为基电解质的全固态锂电池要点

南京工业大学

《化学工程与工艺》专业

本科毕业论文(设计)

外文资料翻译

原文名称

MgAl2SiO6-incorporated poly(ethylene oxide)-based electrolytes for all-solid-state lithium batteries

原文作者N. Angulakshmi & Dong Jin Yoo & Kee Suk Nahm & C. Gerbaldi & A. Manuel Stephan.

原文出版物Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013

翻译内容页码151~156

中文名称掺入硅酸镁铝的以聚（环氧乙烷）为基电解质的全固态锂电池

学生姓名朱志佳专业化学工程与工艺班级学号1002100132

指导教师（签字）对译文的评价

化学化工学院2013年4月

掺入硅酸镁铝的以聚（环氧乙烷）为基电解质的全固态锂电池1.摘要

聚（环氧乙烷）（PEO）基复合聚合物电解质（CPEs），包括不同浓度的六氟磷酸锂和硅酸镁铝，通过热压技术制备。膜用扫描电子显微镜，拉伸和热分析。已经证明，该结合在聚合物基体中的陶瓷填料具有显著提高离子导电性，热稳定性和膜的机械完整性。它还改善了界面特性与锂电极。最后，一个由Li/CPE/LiFePO4组成的全固态锂电池能够被组装，并且其循环性能能够在70℃时被分析。这个电池以1℃速率传递115毫安时G-1的放电容量，并发现比以前的报告为高。

关键词

复合聚合物电解质，热稳定性，离子导电性，界面的稳定性，充放电行为2. 引言

可再充电锂电池在用于便携式电子设备和插电式混合动力汽车的方面被认为具有潜力，并且也被认为可以作为备份的存储元件太阳能电池。最先进的锂离子电池具有含碳阳极和锂- 过渡金属氧化物阴极（例如钴酸锂，锰酸锂，磷酸铁锂等），它被浸渍在聚烯烃膜中的非水液体电解质分离。另一方面，带有固体高分子电解质的锂离子电池在其对应的液体有几个优势其中包括高能量密度，无泄漏的电解液，灵活的几何形状和更好的安全性[ 1-3 ] 。聚（环氧乙烷）已被作为用于电池应用的主体进行最广泛地研究[4]。聚（环氧乙烷）（PEO ）链将螺旋构象用于所有的反式C -O键和在任何笨拙或笨拙减去配置的C-C键。在这种几何形状下，阳离子可位于的每个螺旋的转弯处并且由3个醚氧原子配位[5]。然而，主体的基本结构被保留为各种规模的阴离子[4 ，6，7 ] 。通常，这种固体聚合物电解质提供非常低的离子电导率在室温下（10−8 S cm−1）[3]。虽然，凝胶聚合物电解质在室温和低于室温的温度下提供高的离子电导率，但是它们具有低的机械完整性和界面不佳性能与锂金属阳极，并最终导致恶劣的安全方面问题[ 8,9 ] 。在一个开创性的研究，韦斯顿和斯蒂尔[10]已成功地提出了一种新的方法通过在聚合物基质中结合陶瓷填料来提高离子导电性和机械强度。无机材料如陶瓷和纳米氧化物[11，12]，层状粘土[13]，有机- 无机杂化材料[14]和微孔

分子筛[15]的掺入也被探讨，以增加离子导电率。

在一种不同的方法，王先生等人[ 16 ]提出了一种新的锂快离子导体，即将Li3−2x(Al1−xTix)2(PO4)3（其中X = 0.55-1.0 ）加入到PEO基质。最近，Lishi 和他的同事[ 17 ]报道的电化学性能Li0.1Ca0.9TiO3添加的PEO- LiClO4聚合物电解质。

Kumar等人。[ 18-20 ]和Scrosati等。[ 21 ] 独立的开发使用氧化镁，氧化铝纳米复合聚合物电解质和SiO2，并证明出非常有趣的性能。为了将填充物所有的优势利用起来，他们尝试研究已注册的复合聚合物电解质（CPEs）的硅酸镁铝（MgAl2SiO6 ）的电化学性能。凭借其吸引人的性能，例如高熔点，耐化学品，在高温温度下的高强度和低的电损耗，尖晶石MgAl2SiO6有吸引了众多研究者[ 22 ，23 ]的兴趣。

对于实际的锂聚合物电池发展的一个重要方面是合适的阴极材料的选择。PEO基固态聚合物电解质的电化学稳定窗口不超过（以Li / Li+电对的平衡电位作为参比电位的）4 V，从而钴酸锂和锰酸锂在PEO基固体电解质电池中不能被用作阴极材料，因为它们的工作电位甚至更高于（以Li / Li+电对的平衡电位作为参比电位的）4V [24]。最近，锂铁磷酸盐（磷酸铁）已被确定为所选择的用于SPE型电池的正极，特别是当PEO被用作聚合物主体[25]。磷酸铁似乎是一个非常有前途的可替代的阴极材料，因为它有能够在一个比较平的电压平台操作（大约3.5 V相对于Li / Li +）的能力，较高的理论比容量（约170mAh g−1），提高的热稳定性，低成本和良性的环境特征[26]。最近骑自行车的研究也表明，磷酸铁锂是完全新型的固体锂聚合物电池[27，28]的终极选择。在这个方向上，一个已尝试开发PEO基复合聚合物电解质和理解使用这种膜在全固态锂二次电池的可行性。

3. 实验部分

3.1 复合高分子电解质的制备

硅酸镁铝（Fisher Scientific，USA），聚环氧乙烷（Aldrich，USA）

和六氟磷酸锂（的LiPF6）（Aldrich）用作接收。为了去除水分含量，如果有的话，在使用前48小时将样品在真空，50 ℃下干燥。填料硅酸镁铝还被在使用前5天在真空，70℃下干燥。复合高分子电解质是由如表1中所描绘的PEO-LiPF6混合分散MgAl2SiO6适量制备。所得到的前驱体进行热压成片，如在别处所述[28-30]。复合聚合物电解质膜具有50-70微米的平均厚度。此过程产生了均匀的和机械坚固的膜，其在真空，50℃下干燥24小时，用于进一步表征。

3.2电化学表征

被夹持在两个不锈钢阻塞电极（直径为1厘米）的膜的离子电导率在50兆赫至100千赫的频率范围内在各种温度下（如0，15，30，45和60摄氏度）通过使用电化学阻抗分析仪被测定。Li / CPE /Li这种类型的对称非阻塞元件被组合起来用来做界面稳定性研究，以证明与锂金属的相容性，并且通过研究在50℃开路条件下的系统的阻抗的时间依赖性进行了研究。

膜的形态在真空条件（10-1Pa）下在膜的一侧上溅射一层薄薄的金（约10nm 的厚度）后通过扫描电子显微镜（SEM，Vega3，TESCAN）被检测，以使电子束照射的影响最小化，该电子束照射可能导致充电和“燃烧”的聚合物网络。CPEs的机械强度通过使用拉伸机(Tinius Olsen)以10毫米每分钟的恒定十字头速度进行测定。试样尺寸为20毫米×50毫米×0.1毫米（长×宽×厚）。TGA (TA Instruments, USA)测定是在20到400摄氏度的温度范围内以每分钟10摄氏度在氮环境下进行的。

磷酸铁锂阴极材料被通过如前所述的一种快速，廉价的表面活性剂辅助的温和水热法合成。锂离子电池作为阴极的电化学性能的评价已开展在环境温度（目前的制度从C/20至2C）下用阿滨仪器测试系统型号BT-2000恒流充/放电循环，