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物理化学学报  2018, Vol. 34 Issue (2): 213-218    DOI: 10.3866/PKU.WHXB201707172
所属专题: 高被引科学家特刊
论文     
双(三氟甲基磺酰)亚胺钠基聚合物电解质在固态钠电池中的性能
马强1,2,胡勇胜1,*(),李泓1,陈立泉1,黄学杰1,周志彬2,*()
1 中国科学院物理研究所,北京100190
2 华中科技大学化学与化工学院,武汉430074
An Sodium Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide-based Polymer Electrolyte for Solid-State Sodium Batteries
Qiang MA1,2,Yongsheng HU1,*(),Hong LI1,Liquan CHEN1,Xuejie HUANG1,Zhibin ZHOU2,*()
1 Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, P. R. China
2 School of Chemistry and Chemical Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, P. R. China
 全文: PDF(1369 KB)   HTML 输出: BibTeX | EndNote (RIS) |
摘要:

采用简单的溶液浇铸法制备出由双(三氟甲基磺酰)亚胺钠(NaTFSI)/聚氧乙烯(PEO)构筑的固态聚合物电解质(SPE),并针对其相转变、结晶性、热稳定性、电导率以及电化学稳定性等基础理化及电化学性质进行了系统表征。结果表明,NaTFSI/PEO([EO]/[Na+]=15)SPE具有相对高的电导率(σ ≈ 10-3 S·cm-1,80℃)、高的耐氧化能力(4.86 V vs Na+/Na)和热稳定性高达350℃。电池测试结果表明,该NaTFSI基SPE不仅对金属钠电极能够呈现出优异的界面稳定性,而且在Na|SPE|NaCu1/9Ni2/9Fe1/3Mn1/3O2电池中展现出良好的循环和倍率性能。

关键词: 双(三氟甲基磺酰)亚胺钠固态聚合物电解质聚氧乙烯钠电池    
Abstract:

A solid polymer electrolyte (SPE), composed of sodium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (NaTFSI) and poly(ethylene oxide) (PEO), is prepared by a simple solution-casting method. The physicochemical and electrochemical properties of the NaTFSI/PEO ([EO]/[Na+]=15) SPE in terms of its phase transitions, crystallization, thermal stability, ionic conductivity, and anodic electrochemical stability are systematically investigated. We demonstrate that the NaTFSI/PEO SPE has a relatively high ionic conductivity (σ ≈ 10-3 S·cm-1) at 80℃, excellent electrochemical stability (4.86 V vs. Na+/Na), and thermal stability up to 350℃. More importantly, the NaTFSI-based SPE delivers not only excellent chemical and electrochemical stability with sodium metal, but also good cycling and rate performances in an Na|SPE|NaCu1/9Ni2/9Fe1/3Mn1/3O2 cell.

Key words: Sodium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide    Solid polymer electrolyte    Poly (ethylene oxide)    Sodium battery
收稿日期: 2017-06-06 出版日期: 2017-07-17
中图分类号:  O646  
基金资助: 国家重点研发计划(2016YFB0901504);国家自然科学基金(51421002);国家自然科学基金(51472268);国家自然科学基金(51172083)
通讯作者: 胡勇胜,周志彬     E-mail: yshu@iphy.ac.cn;zb-zhou@mail.hust.edu.cn
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马强
胡勇胜
李泓
陈立泉
黄学杰
周志彬

引用本文:

马强,胡勇胜,李泓,陈立泉,黄学杰,周志彬. 双(三氟甲基磺酰)亚胺钠基聚合物电解质在固态钠电池中的性能[J]. 物理化学学报, 2018, 34(2): 213-218.

Qiang MA,Yongsheng HU,Hong LI,Liquan CHEN,Xuejie HUANG,Zhibin ZHOU. An Sodium Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide-based Polymer Electrolyte for Solid-State Sodium Batteries. Acta Physico-Chimica Sinca, 2018, 34(2): 213-218.

链接本文:

http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201707172        http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2018/V34/I2/213

图1  NaTFSI/PEO ([EO]/[Na+] = 15)固态聚合物电解质膜的照片
图2  (a)纯PEO、NaTFSI和NaTFSI/PEO ([EO]/[Na+] = 15)固态聚合物电解质的差式扫描量热曲线;(b)纯PEO和NaTFSI/PEO ([EO]/[Na+] = 15)固态聚合物电解质的X射线衍射曲线;(c)纯PEO、NaTFSI和NaTFSI/PEO ([EO]/[Na+] = 15)固态聚合物电解质的热重曲线
Samples Tg/℃ Tm/℃ Td/℃ ?Hm/(J?g?1) χc/%
NaTFSI 417.5
NaTFSI/PEO ?33.2 41.6/62.5 375.1 57.8 28.5
PEO 72.1 374.5 147.8 72.8
表1  纯PEO、NaTFSI和NaTFSI/PEO ([EO]/[Na+] = 15)固态聚合物电解质的相转变和热分解温度
图3  (a) NaTFSI/PEO ([EO]/[Na+] = 15)固态聚合物电解质的电导率随温度的变化关系曲线;(b) NaTFSI/PEO ([EO]/[Na+] = 15)固态聚合物电解质的线性扫描伏安曲线
图4  NaTFSI/PEO ([EO]/[Na+] = 15)固态聚合物电解质在80 ℃下的钠钠电池界面性能
图5  NaTFSI/PEO ([EO]/[Na+] = 15)固态聚合物电解质在80 ℃下的Na|SPE|NaCu1/9Ni2/9Fe1/3Mn1/3O2电池性能
图6  NaTFSI/PEO ([EO]/[Na+] = 15)固态聚合物电解质在80 ℃下的Na|SPE|NaCu1/9Ni2/9Fe1/3Mn1/3O2电池倍率性能
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