基于(三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子的纯固态聚合物电解质的制备与表征

摘要

目前，纯固体聚合物电解质(SPEs)逐渐成为锂离子电池或锂二次电池研究的热点之一。这主要因为SPEs能克服液态电解质易泄漏、加工封闭难的缺点，并且一定程度上能抑制锂枝晶的生长。在该类型电解质的研究中，以聚氧乙烯(PEO)为基体，锂盐为导电盐的盐掺杂型电解质研究的最为广泛。其中，双(三氟甲基磺酰)亚胺锂盐(LiTFSI)因其优良的物理和电化学特性在SPEs中被广泛研究，但其也存在诸如成膜性和金属锂/电解质界面稳定性较差等缺陷。因此，为了克服LiTFSI SPEs室温电导率低和界面性能差等缺陷，本论文从新型导电锂盐出发，利用TFSI?基础结构的优点，引入强吸电子基团设计合成了新型锂盐(三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺锂(Li[CF3SO(NSO2CF3)2],Li[sTFSI])，并制备了Li[sTFSI]/PEO SPEs。
　　本文内容主要包括两部分：(1)以简单易得的原料CF3SO2Na合成了阴离子负电荷高度离域化的Li[sTFSI]。(2)制备了不同氧乙烯单元/锂离子摩尔比([EO]/[Li+])的Li[sTFSI]/PEO二元共混型SPEs，并对其基础理化和电化学性质作了初步表征，包括热相变行为、电导率、锂离子迁移数、电化学稳定性和对金属锂的稳定性。同时为了研究阴离子结构对电解质上述性质的影响，与LiTFSI/PEO电解质进行了对比研究。结果表明，Li[sTFSI]/PEO电解质具有更低的玻璃化转变温度(Tg)和结晶度，Li[sTFSI]对PEO有更强的增塑作用；Li[sTFSI]/PEO电解质([EO]/[Li+]=20)室温电导率为4.8×10?6S cm?1，80oC时的电导率与LiTFSI/PEO相当，接近10?3S cm?1；与LiTFSI/PEO不同，高盐浓度([EO]/[Li+]=8)时，室温电导率超过10?5数量级。此外，Li[sTFSI]/PEO电解质具有比LiTFSI/PEO更高的锂离子迁移数和更好的电化学稳定性；同时对金属锂具有更好的化学稳定性，生成更稳定的界面膜。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 聚合物电解质概述

1.3 基于聚氧乙烯 (PEO) 的纯固态聚合物电解质

1.4 (三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺合成的研究进展

1.5 (三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺及其碱金属盐应用的研究进展

1.6 论文的选题意义及内容

2 实验部分

2.1 实验仪器与药品

2.2 (三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺锂的合成

2.3 (三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺锂/聚氧乙烯聚合物电解质膜的制备

2.4 结构及性能表征方法

3 结果与讨论

3.1 (三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺锂的合成

3.2 结构表征

3.3 外观形貌

3.4 热相变分析

3.5 电导率

3.6 锂离子迁移数

3.7 电化学稳定性

3.8 对金属锂的稳定性

4 全文总结

致谢

参考文献

附录