用于锂离子电池的TiO2增强TPU/PDMS复合凝胶聚合物电解质的制备与表征

《Journal of Applied Polymer Science》：Preparation and Characterization of TiO2-Reinforced TPU/PDMS Composite Gel Polymer Electrolyte for Lithium Batteries

本研究通过溶液浇铸法制备TiO?/TPU/PDMS三元复合凝胶聚合物电解质（CGPE），系统探究TiO?含量对性能的影响。结果表明，当TiO?含量为9 wt%时，CGPE的离子电导率达4.59×10?3 S/cm，较纯聚合物基质提升81.5%；拉伸强度达9.61 MPa，延展性449%；锂离子迁移数为0.78，电化学稳定性窗口0-5.0 V（vs. Li/Li?）。组装的LiFePO?/Li半电池在电流密度0.1-1 C下表现出87.4%的倍率性能，100次循环后容量保持率99.2%。证实TiO?增强CGPE在高安全性锂离子电池中的应用潜力。

　　

摘要

为了进一步提升聚合物电解质的综合性能，本研究采用溶液浇铸法制备了一种基于TiO₂/热塑性聚氨酯（TPU）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）的三元复合凝胶聚合物电解质（CGPE），系统研究了TiO₂含量对CGPE性能的影响。结构表征表明，TiO₂纳米颗粒通过抑制聚合物结晶并引入锐钛矿晶体相，实现了“双晶相调控”机制。当TiO₂含量为9 wt%时，CGPE表现出最佳性能：离子导电率达到4.59 × 10^?3 S/cm，比纯聚合物基质提高了81.5%；拉伸强度为9.61 MPa，断裂伸长率为449%；锂离子传输数为0.78；电化学稳定窗口为0–5.0 V（相对于Li/Li⁺）。组装的LiFePO₄/Li半电池在电流密度从0.1增加到1 C时，其倍率性能为87.4%，经过100次循环后仍保持99.2%的容量。研究结果证实了TiO₂增强型CGPE在高安全性锂离子电池中的应用潜力。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。