基于磺化聚醚醚酮梳状聚合物电解质的制备及其性能

摘要

固态聚合物电解质机械性能好，质量轻，安全性高，制得的电池形状灵活多变，是锂电池电解质的研究重点。聚氧化乙烯（PEO）是目前公认的最适合用作固态聚合物电解质的基体，然而PEO是准晶态物质，晶相的存在限制了Li+的运动，使得离子电导率较低；非晶相含量过高又会导致电解质的力学性能下降，而且非晶相是一种介稳相，可自发向晶相转变，导致离子电导率下降。
　　本文基于磺化聚醚醚酮设计合成了一种新型梳状聚合物。通过将磺化聚醚醚酮（SPEEK）的羰基部分还原，将低分子量聚氧化乙烯单甲醚（PEG）接上环氧端基，从而以端基接枝的方式合成出梳状聚合物SPEEK-g-PEG。其FT-IR和1H-NMR的表征结果表明成功合成出了该聚合物。TGA测试结果表明 SPEEK-g-PEG的热稳定性良好。DSC测试结果表明SPEEK-g-PEG中PEG的结晶峰消失，没有晶体生成。XRD测试结果表明SPEEK-g-PEG电解质膜在室温下具有无定形结构，SAXS测试结果表明锂盐会导致聚合物电解质产生微相分离。
　　将不同分子量的PEG与羰基还原度不同的SPEEK-OH进行接枝，得到了侧链链长和接枝度不同的SPEEK-g-PEG梳状聚合物。将SPEEK-g-PEG与不同浓度的LiClO4共混后，用浇筑成膜法制得一系列不同侧链链长、接枝度和锂盐浓度的固态聚合物电解质膜，利用交流阻抗法测试其离子电导率。结果表明，该聚合物电解质的离子电导率与侧链链长、接枝度、锂盐浓度和温度等因素有关。
　　接枝后室温电导率达10-4 S/cm，比相同组成比例的SPEEK/PEG共混体系提高了两个数量级。相同温度下，随着接枝率的提高和随着锂盐浓度的降低，SPEEK-g-PEG的离子电导率升高。其中，SPEEK-g-PEG550接枝率为43％，[EO]/[Li+]为16/1时，其室温电导率达1.45×10-4 S/cm。

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一、绪论

1.1 前言

1.2 锂离子电池

1.2.1 锂离子电池的发展

1.2.2 锂离子电池的特点

1.2.3 锂离子电池的结构

1.2.4 锂离子电池电解质

1.3 聚合物电解质

1.3.1 聚合物锂离子电池

1.3.2 聚合物电解质使用要求

1.3.3 聚合物电解质分类

1.4聚合物电解质的研究进展

1.4.1 聚合物电解质的导电机理

1.4.2 PEO基聚合物电解质的改性方法

1.5 本论文选题的目的和意义

二、实验部分

2.1 合成部分

2.1.1 试剂与仪器

2.1.2 合成路线

2.1.3 合成方法

2.2 表征方法

2.2.1傅立叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared,FT-IR）

2.2.2核磁共振氢谱（1HNuclear Magnetic Resonance,1H-NMR）

2.2.3热重分析（Thermogravimetric Analysis,TGA）

2.2.4差示扫描量热分析（Differential Scanning Calorimeter,DSC）

2.2.5X射线衍射（X-Ray Diffraction,XRD）

2.2.6X射线小角散射（Small Angle X-rayScattering,SAXS）

2.2.7交流阻抗测试（Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS）

三、结果与讨论

3.1 SPEEK-g-PEG合成结果表征

3.1.1 红外（FT-IR）测试结果及分析

3.1.2 核磁（1H-NMR）测试结果及分析

3.2 SPEEK-g-PEG聚合物电解质性能测试

3.2.1 热重分析法（TGA）测试结果及讨论

3.2.2 差示扫描量热（DSC）测试结果及讨论

3.2.3 X射线衍射（XRD）测试结果及讨论

3.2.4 X射线小角散射（SAXS）测试结果及讨论

3.2.5 交流阻抗（EIS）测试结果及讨论

四 全文总结

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的文章