基于(三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)(苯磺酰)亚胺锂侧链的聚合物单离子导体的合成及表征

摘要

单离子导体是指阴离子被固定在聚合物骨架上或者是阴离子含有能够限制阴离子移动的较大结构的一类离子导体。单离子导体取代传统液态电解质和固态电解质，可以有效解决锂离子电池使用过程中的安全性问题和浓差极化问题。
　　本论文采用三氟甲基磺酰亚胺基(CF3SO2N=)取代磺酰亚胺基团(-SO2-N-SO2-)上的一个“O”原子，形成含“S-三氟甲基磺酰亚胺基”的氟烷基磺酰亚胺(-SO2-N-S(O)(=NSO2CF3)-)基团的单离子导体聚(三氟甲基磺酰(S-三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)(对苯乙烯磺酰)亚胺锂(LiPSTFISI)。以三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰氟(CF3SO2NS(O)(CF3)F)为中间体，采用三种不同的路线成功合成了(三氟甲基(S-三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)(对苯乙烯磺酰)亚胺钾(KSTFISI)单体，将KSTFISI聚合并通过离子交换法制备了LiPSTFISI。通过IR、1H NMR、19F NMR等对合成的中间体和LiPSTFISI进行了结构表征，并对聚合物分子量、单体以及聚合物的热相变、热稳定性、XRD等理化性质进行了表征，研究表明该聚合物表现为无定形态聚合物并且具有较好的热稳定性(Td>170℃)。在此基础上将LiPSTFISI与聚氧化乙烯(PEO)共混(LiPSTFISI/PEO)，制备出了EO/Li+=35的固体电解质薄膜，对电解质的DSC、TG、XRD、电导率、锂离子迁移数等性能进行了表征。研究表明该电解质薄膜具有较高的室温电导率(σ=3.3×10-8 S cm-1)、表现为单离子导体性质(t+=0.90)、热稳定性好(Td=296℃)、结晶度(χc=34.4)和玻璃化温度(Tg=－11℃)低等性能。本文研究工作在单离子导体在锂二次电池中的应用，以及新型单离子结构的设计上具有重要的指导意义。

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1 绪 论

1.1引言

1.2超酸设计原则

1.3 含 “S- 三 氟 甲 基 磺 酰 亚 胺 基 ” 的 氟 烷 基 磺 酰 亚 胺 结 构(-SO2-N-S(O)(=NSO2CF3)-) 衍生物合成研究进展

1.4 全氟烷基磺酰亚胺以及含“S-氟烷基磺酰亚胺基”的氟烷基磺酰亚胺结构 (-SO2-N-S(O)(=NSO2CF3)-) 衍生物在有机合成中的应用

1.5 全氟烷基磺酰亚胺以及含“S-三氟甲基磺酰亚胺基”的氟烷基磺酰亚胺结构 (-SO2-N-S(O)(=NSO2CF3)-) 衍生物在新型电解质材料中的应用

1.6 选题意义与主要工作内容

2. 实验部分

2.1实验仪器及试剂

2.2 (三氟甲基(S?三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)(对苯乙烯磺酰)亚胺阴离子聚合物的合成

2.4测试条件

3. 结果与讨论

3.1 (三氟甲基(S?三氟甲基磺酰亚胺基)磺酰)(对苯乙烯磺酰)亚胺阴离子聚合物的合成

3.2结构表征

3.3理化性能表征

总结与展望

致谢

参考文献

附 录 产物核磁图谱与红外图谱