用于锂二次电池的复合聚合物电解质体系导电性能研究

摘要

聚合物电解质在化学电源、电致显色、光电化学和化学传感器等方面有着广泛的用途。特别是用它取代有机液态电解质所组装的锂离子电池，具质量轻、能量密度高、循环性好、空间利用率高、无漏液等优点，已经在各种高档设备和仪器中使用。PEO-LiClO4复合物作为一种固态聚合物电解质，有望取代目前用于锂电池的液态电解质，但其室温电导率较低，仍达不到实际应用的要求。 近年来研究者发现：在PEO体系中添加有机小分子增塑剂和无机纳米粒子可以降低聚合物分子玻璃化转变温度和熔融温度、增加体系室温下无定形态比例，提高该体系的离子电导率。 1、以PEO-LiClO<,4>体系作为研究对象，测试了不同锂盐含量的体系离子电导率，并选择了较为合适的氧/锂比为16的PEO<,16>-LiClO<,4>体系；研究了PC增塑剂凝胶聚合物电解质配制成的体系，在不同PC含量的体系下，其含量与离子电导率关系，随着PC的添加离子电导率逐渐提高，结合体系的机械性能，热、化学稳定性，选择增塑剂为25％的PEO<,16>-LiClO<,4>-PC(25％)体系；并计算了体系在不同温度范围下依赖于不同的导电机理，Arrhenius方程和VTF方程分别适用不同温度下，体系的电导率变化随温度的变化；同时考察了三种增塑剂PC、DEC、PEGDME对聚合物电解质的增塑效果，依赖于温度的变化，离子电导率的变化规律，分析总结了三种增塑剂各自优缺点，在应用中可以通过其搭配使用来发挥不同增塑剂的不同增塑效果。 2、在第二部分中考察了在PEO<,16>-LiClO<,4>体系中加入无机纳米粒子SiO<,2>粉末，选择的SiO<,2>粒径为100nm左右，测试了几组不同体系的差示扫描量热法(DSC)和热失重分析(TGA)，研究含不同组分、不同含量的聚合物体系的一些热性能；在体系中加入不同含量的SiO<,2>粒子后，离子电导率的变化情况，并测试体系随着温度的升高，离子电导率与体系温度的依赖关系，另外在体系中加入TiO<,2>和ZnO微粒，比较三种不同粒子对体系离子电导率提高程度：最后制备了PEO<,16>-LiClO<,4>-PC-SiO<,2>复合聚合物电解质体系，在增塑剂和无机粒子同时改变的情况下，体系离子电导率的变化特点，以期望可以得到一些新的特征及规律。 3、在PEO<,16>-LiClO<,4>体系中，同时添加有机增塑剂PC和无机粒子SiO<,2>后，体系的离子电导率有所提高，而且也具有较好的机械性能。聚合物电解质体系在室温下离子电导率较高，受体系温度影响明显，当体系达到熔融温度时，由于体系导电机理发生改变，因而离子电导率提高迅速。在本组实验中通过对四种聚合物电解质体系进行二次升降温测试实验，将第一次升温过程与第二次升温过程中，两个特征温度点(室温、熔融温度)时的离子电导率作一比较，通过这个比较了解到，体系由于含不同组分导致体系结晶和熔融时的差别，离子电导率因此也有变化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 引言

1.1概述

1.1.1聚合物电解质的产生

1.1.2聚合物电解质的性能表征

1.2聚合物电解质的分类及应用

1.2.1纯固态聚合物电解质(SPE)

1.2.2凝胶聚合物电解质(GPE)

1.2.3多孔状聚合物电解质(PPE)

1.2.4无机粉末复合型聚合物电解质(CPE)

1.3聚合物电解质的应用及展望

1.3.1几种新型的电解质

1.3.2聚合物电解质的应用及展望

1.4参考文献

第2章 实验方法及数据处理

2.1实验所用仪器

2.2原料处理

2.3实验方法

2.3.1样品的制备方法

2.3.2模拟电池的组装

2.4样品测试及表征

2.4.1交流阻抗实验

2.4.2 DSC差示扫描量热分析

2.4.3 TGA热重分析

2.5电化学阻抗谱及电导率的计算

2.6参考文献

第3章 凝胶聚合物电解质

3.1前言

3.2实验过程

3.2.1样品制备及表征

3.2.2 DSC、TGA及EIS的测定

3.3结果与讨论

3.3.1锂盐含量的选择

3.3.2 PC增塑剂含量的选择

3.3.3 DEC增塑聚合物电解质

3.3.4 PEGDME增塑聚合物电解质

3.3.5三种增塑剂增塑效果的比较

3.4本章小结

3.5参考文献

第4章 无机添加剂聚合物电解质

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1样品制备

4.2.2 DSC、TGA及EIS的测定

4.3结果与讨论

4.3.1热分析DSC实验

4.3.2 TGA热重分析

4.3.3 SiO2含量的选择

4.3.4添加TiO2粒子的CPE体系

4.3.4添加ZnO粒子的CPE体系

4.4三种不同粒子的CPE体系比较

4.5复合聚合物电解质

4.5.1离子电导率随无机粒子含量的变化

4.5.2离子电导率随温度的变化

4.5.3增塑剂和无机粒子含量变化对离子电导率的影响

4.6参考文献

第5章 升降温测试及聚合物结晶弛豫研究

5.1前言

5.2实验

5.3结果讨论

5.3.1热分析DSC实验

5.3.2 PEO16-LiClO4体系升降温测试

5.3.3 PEO16-LiClO4-SiO2体系升降温测试

5.3.4 PEO16-LiClO4-PC体系升降温测试

5.3.5 PEO16-LiClO4-PC-SiO2体系升降温测试

5.3.6四种体系的比较

5.4本章小结

5.5参考文献

第6章 结论和展望

6.1结论

6.2展望

攻读学位期间的研究成果

致谢