黏土礦物在自然界中儲量豐富,同時具有較好的機械性能和熱穩定性,被廣泛應用于防火材料、復合材料和電極材料的制備。近期的研究也表明,黏土礦物可被應用在固態電解質中,用來提高電解質的電導率、電化學穩定性、機械性能和熱穩定性。
凹凸棒石為層鏈過渡型晶體結構的天然硅酸鹽礦物,兩層硅氧四面體片夾一層鋁氧八面體片沿C軸方向延伸成鏈狀,層鏈間以氧原子相連接,K+、Na+等陽離子和水分子充填在其孔道中,其外觀常呈纖維狀或纖維狀集合體。
復合聚合物電解質多采用傳統的物理混合的方法來制備,該方法會影響聚合物和無機填料的相容性,從而影響其性能。Tian等使用溶液聚合方法,制備了有機凹凸棒石(OPal)/甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚物凝膠電解質(GPE),該共聚物具有網狀結構,有助于提高電解液的吸收能力,含有5wt%的電解質在30℃下離子電導率可達2.94×10-3S/cm,組裝的Li|電解質|LiFePO4電池表現出4.7V的電化學窗口,高達146.36mAh/g的放電容量,以及低的容量衰減率。
為了提高p(OPal-MMA)的成膜性能,Tian等又使用一種相轉化鑄造技術,制備了p(OPal-MMA)/PVDF電解質膜,該薄膜具有良好的機械性能以及成膜性,孔隙率和離子電導率分別為57.73%和4.93×10-3S/cm。
Yao等使用簡單的溶液澆筑法制備了柔性PVDF/凹凸棒石復合電解質膜,由于ClO4−和凹凸棒石之間的相互作用,Li+遷移數由0.21升至0.54,離子電導率最高可達1.2×10-4S/cm,組裝的NMC111|電解質|Li電池在C/3的電流下容量可達121.4mAh/g,且在室溫下循環200圈之后仍能達到118.1mAh/g。
除此之外,凹凸棒石納米線的添加還大大提升了該電解質的機械強度,添加5wt%納米線就使其彈性模量升至96MPa,屈服應力提升了兩倍,通過數值模擬說明了機械性能的提升得益于納米線的交聯網絡以及納米線和聚合物間較強的相互作用。
資料來源:《齊鵬越,傳秀云,楊揚,等.黏土礦物在復合固態電解質中的研究進展[J].化工新型材料:2021》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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