基于（氟磺酰）（五氟乙基磺酰）亚胺阴离子的固态聚合物电解质的制备、表征及性质

摘要

固态聚合物电解质(So lid po lyme r e lec tro lytes,简称 SP Es)是将导电锂盐均匀分散在固态聚合物中所得到的一类固态电解质。与液态电解质相比，SPEs自身具有不漏液、易加工和高安全性等特性，而且在金属锂二次电池中对锂枝晶的生长可以起到一定抑制作用，保证了金属锂二次电池具有更长的循环寿命和更高的安全性能。因此，SPEs作为一类高效安全的电解质受到了极大的重视和广泛的研究。
　　本文以五氟碘乙烷(C2F5I)为原料，采用亚磺化脱卤反应合成了(氟磺酰)(五氟乙基磺酰)亚胺锂(Li[N(SO2C2F5)(SO2F)],简称LiFPFSI)，之后利用溶液浇铸法将高分子量(Mn=5×106g·mol?1)的聚氧乙烯(Poly(ethylene oxide)，简称PEO)与LiFPFSI共混制备得到新型 SPEs，PEO/LiFPFSI电解质。最后利用差示扫描量热法研究了PEO/LiFPFSI电解质的相变行为和相图，利用电化学交流阻抗法研究了 P EO/LiFPFSI电解质的电导率、锂离子迁移数、电化学稳定性以及对金属锂的界面稳定性等基础理化性能和电化学性能，并与最具代表性的PEO/LiTFSI电解质(Li[N(SO2CF3)2],简称LiTFSI)的性能作比较，探究了这对同分异构体锂盐(LiFPFSI和LiTFSI)中阴离子结构的差异对SPEs性能的影响。实验结果表明，在SPEs中LiFPFSI的引入可以显著降低PEO/LiFPFSI电解质的结晶度(χc)和玻璃化转变温度(Tg)。[EO]/[Li+](摩尔比)为16的PEO/LiFPFSI电解质，χc和Tg分别为25％和?39 oC。[EO]/[Li+]为8的PEO/LiFPFSI电解质，室温电导率为1.10×10?5 S·cm?1，在80 oC时可达到3.09×10?4 S·cm?1。与PEO/LiTFSI电解质具有相似电化学稳定性的同时，由于P EO/LiFPFSI电解质中氟磺酰基团的存在，PEO/LiFPFSI电解质与金属锂可以形成更好的界面稳定性，在80 oC下保存120天后PEO/LiFPFSI电解质与金属锂的界面阻抗为104Ω·cm2，而且在整个保存过程中界面阻抗始终处于较稳定的状态。此外，高浓度锂盐的SPEs会显著降低与金属锂之间的界面稳定性。

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1绪论

1.1 引言

1.2 固态聚合物电解质概述

1.2.1聚合物基质

1.2.2 导电锂盐

1.3 固态聚合物电解质的研究进展

1 .3 .1 电导率

1 .3 .2 锂离子迁移数

1.4 固态聚合物电解质中离子传导过程

1.4.1微观结构

1.4.2传导机制

1.5 论文选题意义和主要工作内容

2 实验部分

2.1 实验仪器与试剂

2.2 (氟磺酰)(五氟乙基磺酰)亚胺锂 (LiFPFSI)的合成

2.2.1 五氟乙基亚磺酸钠的合成

2.2.2 五氟乙基磺酰胺的合成

2.2.3 (氯磺酰)(五氟乙基磺酰)亚胺的合成

2.2.4 (氟磺酰)(五氟乙基磺酰)亚胺的合成

2.2.5 (氟磺酰)(五氟乙基磺酰)亚胺钾的合成

2.2.6 (氟磺酰)(五氟乙基磺酰)亚胺锂的合成

2.3 固态聚合物电解质的制备

2.4 表征方法

2.4.1 结构表征

2.4.2 相变测试

2.4.3 电导率测试

2.4.4 锂离子迁移数测试

2.4.5 电化学窗口测试

2.4.6 与金属锂的稳定性测试

3 结果与讨论

3 .1 (氟磺酰)(五氟乙基磺酰)亚胺锂的合成

3.2 固态聚合物电解质的制备

3.3 热分析

3.3.1 相变行为

3.3.2 老化过程

3.3.3 相图分析

3.3 电导率

3.3 锂离子迁移数

3.4 电化学稳定性

3.5 对金属锂的界面稳定性

全文总结

致谢

参考文献

附录