支化固态聚合物电解质的制备及锂离子电池性能研究

摘要

最近二十年来，锂离子电池因具有很高的能量密度以及效率，作为储能设备在生活中得到广泛应用。为满足不同形状电子设备的需求，具有多功能可弯曲及柔性的锂离子电池作为非常有前景的能源设备，被广泛关注并快速发展。由于液体电解质容易泄露，易燃，较差的化学稳定性，固态电解质成为锂离子电池电解质的理想替代品。固态电解质具有较高的电化学稳定窗口，较好的机械性能，灵活性以及安全性能。然而，固态电解质电导率较低，所以对于固态电解质来说，关键是提高离子电导率。通过对聚合物改性提高电导率，常用的方法有共混、接枝、支化及交联。本文针对以上问题，通过支化、接枝的方法对聚合物进行改性，得到电导率高、安全性能好的聚合物电解质。研究内容主要为以下两个部分。 第一部分：由8-臂交联的嵌段液晶聚合物（8-PEG-MALC）、8-臂聚（乙二醇）（8-PEG）、聚乙二醇丙烯酸（PEGDA）和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐（LiTFSI）制备的新型复合固态聚合物电解质中，交联剂PEGDA确保了固态聚合物良好的机械性能，8-PEG确保固态聚合物基质具有良好的电导率，8-PEG-MALC可以调控固态聚合物基质的微观形貌。复合固态聚合物电解质不仅表现出柔软易加工的特性，同时，当复合固态聚合物电解质结构中形成微弱相分离时，可以提供离子导电通道。分析复合固态聚合物电解质的电化学性能，得出复合固态聚合物电解质在液晶温度退火之后室温下具有较高的电导率（6.2×10-5S cm-1）。与传统的聚合物电解质相比，具有较高的热稳定性（150℃）。当将复合固态聚合物电解质组装成LiFePO4/复合固态聚合物电解质/Li电池时，在95℃下具有良好的充放电循环性能。复合固态聚合物电解质具有较好的电化学特性、热稳定性、柔软易加工性，表明该复合固态聚合物电解质作为全固态离子电池的聚合物电解质，具有潜在的应用价值。 第二部分：制备基于SiO2纳米粒子的聚合物电解质，由乙烯基功能化的SiO2纳米粒子和咪唑单体通过RAFT反应聚合，对乙烯化二氧化硅表面接枝咪唑单体，得支化聚咪唑结构。通过差示量热扫描法（DSC）、热重分析（TGA）、扫描电镜（SEM）、线性扫描伏安法、交流阻抗、充放电循环测试等方法来测试聚合物电解质（SiO2-MOBIm6-BF4）性能。结果表明，SiO2-MOBIm6-BF4聚合物电解质展现了很好的热力学性能，电化学性能以及较高的锂离子电导率。SiO2-MOBIm6-BF4聚合物电解质的电导率随着温度的上升而增大，在25℃为5.96×10-5S cm-1，温度升高到95℃时可达到9.54×10-4S cm-1。SiO2-MOBIm6-BF4聚合物电解质的电化学稳定窗口在室温下达到了4.4 V。同时这种聚合物电解质的锂离子电池在首次放电时达到了151.2 mAh g-1，并且具有很好的循环性能。

目录

第一章 引言

1.1 概述

1.2 锂离子电池的工作原理及组成

1.3 锂离子电池电解质

1.4 聚合物电解质

1.5 本论文的选题依据及研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验试剂

2.2 实验设备

2.3 表征方法

第三章 支化液晶诱导复合型聚合物电解质的制备与性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4结论

第四章 支化SiO2基聚合物电解质的制备和性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

第五章 结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢

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