J. Mater. Sci. Mater. Electron.：高熱穩定型聚丙烯腈（PAN）基凝膠聚合物電解質

DOI:10.1007/s10854-020-04818-1

電解質分離器系統的離子電導率和熱穩定性是提高電池性能和安全性的重要參數。本工作以聚丙烯腈（PAN）為聚合物膜，含高氯酸鎂（Mg（ClO4）2-PC）的碳酸丙烯酯為液體電解質，制備了高熱穩定型凝膠聚合物電解質（GPE）。采用靜電紡絲工藝制備了PAN基聚合物膜，其納米纖維無珠且分布均勻。通過X射線衍射、場發射掃描電子顯微鏡、熱重分析、差示掃描量熱法、離子電導率、線性掃描伏安法、鎂離子遷移數和電化學阻抗譜等不同的物理和電化學技術對電紡PAN基GPE進行了表征。在30℃下，PAN的離子電導率為3.28 mS cm-1，而PP Celgard的離子電導率為1.97×10-4 mS cm-1。PAN的電化學穩定性為4.6V，并且與鎂金屬的界面穩定性良好。結果表明，PAN基GPE比聚丙烯（PP）Celgard膜具有更高的離子電導率和熱穩定性。

圖1.a）PAN粉末、原始膜和凝膠膜的XRD光譜，b）PAN原始膜和凝膠膜的FTIR光譜

圖2.a）原始，b）凝膠聚合物膜的FESEM圖像，c）PAN凝膠膜的元素圖

圖3.a）原始纖維，b凝膠聚合物膜的平均纖維直徑

圖4.a）原始PP Celgard和PAN膜以及b）電解液滴落后5s的數碼照片，c）PAN基凝膠膜的機械穩定性和d）PAN基凝膠膜的柔性

圖5.PAN基a）原始和b）凝膠膜的AFM圖像

圖6.a）原始PAN、PP Celgard和PAN凝膠膜的TGA，b）原始PAN和PP Celgard膜的DSC，c）數碼照片顯示原始（1）PP Celgard和（2）PAN的熱穩定性

圖7.a和b）在整個溫度范圍內的阻抗譜，c）PAN基凝膠膜的溫度依賴性電導率圖（logσ與1000/T）

圖8.a）SS/GPE/Mg和SS/PP/Mg在0.1 mV s-1時的線性掃描伏安曲線，b）SS/GPE/SS電池在1.5V下偏置15分鐘的DC極化曲線，c）Mg/GPE/Mg的計時安培曲線

圖9.GPE與a）Mg金屬，電池1（Mg/GPE/Mg），b）SS金屬，電池2 SS/GPE/SS的界面穩定性隨老化時間的變化；對稱c）電池3，Mg/GPE/Mg，d）電池4，SS/GPE/SS的循環伏安曲線