静电纺丝工艺制备PVDF基复合多孔凝胶聚合物电解质的性能研究

摘要

凝胶聚合物锂离子电池作为从液态锂离子电池到全固态锂离子电池的一种过渡存在，由于其具有循环寿命长，能量密度高，安全性能好等优点，受到了广泛关注。凝胶聚合物电解质作为其中一个重要的组成部分同样成为了目前的研究热点。
　　在本文中利用PVDF为聚合物基体，将不同物质与其复合混拼，通过静电纺丝法制备了三种不同的基于PVDF的多孔复合凝胶聚合物电解质：
　　1）通过物理共混的方法将PEO与PVDF溶液共混后静电纺丝。通过SEM对其表面形貌进行观察，同时对样品组装的半电池进行了电化学性能的测试。通过对比不同比例的复合凝胶聚合物的性能，研究发现当PVDF与PEO质量比达到5:1时，所制备的复合凝胶聚合物电解质在保证具有一定力学性能的前提下，具有最佳的电化学性能。在室温下其离子电导率达到了4.5×10-3 S/cm，电化学稳定窗口达到了4.8 V；
　　2）通过缩合聚合方法合成了一种新型的聚氨酯锂盐（PLS），然后将所得的聚合物锂盐掺杂入PVDF溶液中，并通过静电纺丝法制备了具有三维网络结构的复合凝胶聚合物电解质。通过 DSC测试表明 PLS的加入降低了整个体系的结晶度。此外由于PLS能够离解出导电锂离子，从而可以提高体系的离子电导率，电化学测试表明当PLS的添加量增加到20％时，其室温下的离子电导率达到了5.43×10-3 S/cm，电化学稳定窗口达到5.0V左右，且充放电循环35圈后，电池容量仍保持了初始放电容量的96.8%；
　　3）结合溶胶-凝胶反应与分散聚合，制备出一种有机聚合物锂盐链段包覆无机纳米粒子（PML-SiO2），然后将其添加进去PVDF的DMF溶液中，利用静电纺丝制备出复合聚合物膜后浸入液体电解质凝胶化得到复合凝胶聚合物电解质。通过机械性能测试发现在PML-SiO2添加量为8%时其拉升强度达到了41.28 Mpa。当PML-SiO2的掺杂比例为3%时所制得的凝胶聚合物组装成的电池有最佳的循环性能。在60圈循环后容量保持率在90%以上。同时在室温下离子电导率和电化学稳定窗口分为3.85×10-3 S/cm和4.86 V，且离子电导率与温度的关系与阿累尼乌斯方程相符。
　　制备得到的基于PVDF的多孔凝胶聚合物电解质，同时具有优良的力学与电化学性能，研究成果渴望在新型聚合物锂离子电池的应用中得到应用。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 聚合物锂离子电池的概况

1.3 凝胶聚合物电解质的简介

1.4 凝胶聚合物电解质的发展趋势

1.5 本课题研究内容

第2章 实验仪器、药品与测试分析

2.1 实验主要试剂

2.2 实验主要仪器

2.3 测试内容和方法

第3章 锂电池用PVDF/PEO复合凝胶聚合物电解质膜的性能研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 聚氨酯锂盐（PLS）掺杂PVDF复合凝胶聚合物电解质性能的研究

4.1 前言

4.2 试验部分

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第5章 改性SiO2掺杂PVDF的复合凝胶聚合物电解质的研究

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 实验结果与讨论

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与申请的专利

致谢