高性能锂离子电池用TPU/P(VDF-HFP)凝胶聚合物电解质制备与研究

摘要

聚合物锂离子电池由于电压高、环境污染小、寿命长，适应任何形状、质量比容量和充放电容量高、安全性能好等特点引起国内外科研人员的广泛研究和关注。聚合物电解质作为电池的重要部件，对锂离子电池的性能有十分关键的作用。本文采用热塑性聚氨酯(TPU)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(P(VDF-HFP))这种性能优秀的聚合物作为基体，共混制得的凝胶聚合物电解质材料达到了设定的目标。这种凝胶聚合物电解质具有良好的机械性能，极高的离子电导率和电化学稳定性能。研究的内容包括以下几个方面：
　　首先，通过静电纺丝法制备纯TPU、纯P(VDF-HFP)和共混TPU/P(VDF-HFP)薄膜，然后将三种薄膜分别浸入1 M LiClO4–EC/PC电解液中活化得到凝胶聚合物电解质。探究对比三种凝胶聚合物电解质的性能。在室温下，以TPU/P(VDF-HFP)为基的凝胶聚合物电解质离子电导率为4.1 mS cm-1，电化学稳定窗口高达5.5 V。组装的电池首次充电容量约为168.8 mAh g-1，它是LiFePO4的理论容量的99％。该TPU/P(VDF-HFP)共混薄膜断裂伸长率为118.8％，并能承受8.38 MPa的抗拉伸强度。经测试发现以TPU/ P(VDF-HFP)为基的凝胶聚合物电解质拥有最好的电化学和机械性能。
　　其次，通过静电纺丝法制备不同聚合物溶液浓度的TPU/P(VDF-HFP)薄膜，然后将这些薄膜分别浸入1 M LiClO4–EC/PC电解液中活化得到凝胶聚合物电解质。其中质量分数为10%的凝胶聚合物电解质离子电导率高达6.62 mS cm?1。在0.1C下，浓度为10%的以TPU/P(VDF-HFP)为基的凝胶聚合物电解质锂离子电池首次充电容量高达169.72 mAh g-1，首次放电容量为169.04 mAh g-1，在室温下经30次充放电循环后，放电容量依然达到168 mAh g-1，衰减很少。结果表明：浓度为10%的凝胶聚合物电解质薄膜在物理结构、电化学性能和机械性能各方面表现突出，是最适用于锂离子二次电池用的隔膜材料。
　　最后，通过静电纺丝法制备TPU和P(VDF-HFP)不同质量比例的薄膜，然后将这些薄膜分别浸入1 M LiClO4–EC/PC电解液中活化得到凝胶聚合物电解质。TPU和P(VDF-HFP)质量比为1:1的电纺薄膜具有最好吸液率，离子电导率也高达4.69 mS cm?1。TPU和P(VDF-HFP)质量比为1:1的凝胶聚合物电解质组装成的锂离子电池也表现出优越的性能，以绝对优势压倒质量比为1:4和4:1的电纺膜材料，从而更适用于锂离子二次电池。

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第1章 绪论

1.1 锂离子电池概述

1.2 聚合物电解质的发展历程及现状

1.3凝胶型聚合物电解质的导电机理

1.4凝胶聚合物电解质的基体体系

1.5制备凝胶型聚合物电解质的方法

1.6 凝胶聚合物电解质存在的问题及改性方法

1.7 本课题的研究思想，创新性及主要内容

第2章 实验部分

2.1 实验药品及仪器

2.2 薄膜的物理性能表征

2.3 薄膜的电化学测试

2.4 薄膜的机械性能测试

第3章TPU/P(VDF-HFP)共混型凝胶聚合物电解质的制备与研究

3.1引言

3.2 凝胶聚合物电解质的制备

3.3 凝胶聚合物电解质结构与性能研究

3.4 结论

第4章 TPU/P(VDF-HFP)共混型凝胶聚合物电解质的制备与研究

4.1 引言

4.2 不同浓度的凝胶聚合物电解质的制备

4.3 不同浓度的TPU/P(VDF-HFP)凝胶聚合物电解质结构与性能研究

4.4 结论

第5章 不同基体配比的TPU/P(VDF-HFP)凝胶聚合物电解质的制备与性能研究

5.1 引言

5.2不同基体配比的凝胶聚合物电解质的制备

5.3 不同基体配比的凝胶聚合物电解质结构与性能研究

5.4 结论

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士期间发表以及接收的学术论文