鹵化物固態電解質與熱塑性高分子複合材料之開發

Abstract

鋰離子電池的發展至今已趨向成熟，然而電池自燃意外卻頻繁發生，為了使儲能裝置有更好的安全性，開發新型固態電解質是其中的關鍵。固態電解質對於液態電解質來說，有更好的電化學窗口、電化學穩定性、更高能量密度及不會有固態電解質界面膜產生之優點，然而固態材料本身之剛性導致與電極介面接觸之問題是使用上主要障礙。 於本研究中，新型鹵化物固態電解質合成是首先要達成的目標。對比氧化物固態電解質合成之鍛燒溫度動輒700℃以上高溫及硫化物固態電解質合成過程之硫化氫氣體排放問題，新型鹵化物鍛燒溫度只需200℃並且製程乾淨無污染排放，因此可做為新一代可商業化之固態電解質材料。在合成材料的過程中我們發現，此鹵化物具有高吸水性及機械強度較弱等問題，因此希望以添加高分子來進行改善，並增進鋰離子之傳導度。 首先，我們嘗試高分子材料-聚偏二氟乙烯(PVDF)-及水性高分子與新型鹵化物材料結合打造新型的固態電解質複合材料，然而鹵化物在這些高分子內結晶問題導致開發失敗，但發現之問題亦提供新材料選擇的方向，最終以具有熱可塑性之高分子polyethylene (PE) 及polyurethane (PU) 開發出新型固態電解質複合材料以及固態正極複合材料，進行電化學性能相關之測試，並發現相關問題進行分析。