用于锂离子电池的新型凝胶聚合物电解质的制备与性能研究

摘要

本论文从凝胶聚合物电解质存在的上述问题出发，合成了新型共聚物基质材料，并对凝胶聚合物电解质的组份进行了改进和优化，制备了性能优良的新型凝胶聚合物电解质。 首先，采用溶液聚合方法，从简化聚合物电解质膜成型工艺角度出发，探索出了新的制备工艺，通过直接挥发溶剂一步法首次制备出以聚(丙烯腈-醋酸乙烯酯)(P(AN-VAc))及聚(丙烯腈-丙烯酸甲酯)(P(AN-MA))为基体的新型聚合物电解质材料。 其次，在此基础上对上述两种基质材料进行了共聚和共混改性，分别制备了聚(丙烯腈-醋酸乙烯酯-衣康酸锂)即P(AN-VAc-Li2IA)、聚(丙烯腈-醋酸乙烯酯-苯乙烯)即P(AN-VAc-St)、聚(丙烯腈-醋酸乙烯酯-苯乙烯)/聚甲基丙烯酸甲酯即P(AN-VAc-St)/PMMA、聚(丙烯腈-丙烯酸甲酯-苯乙烯)即P(AN-MA-St)和聚(丙烯腈-丙烯酸甲酯-苯乙烯)/衣康酸硼酸锂盐即P(AN-MA-St)/LiBIB五种电解质材料，并对聚合条件和反应配比等影响因素进行了改进和优化。通过IR、DSC、SEM、TG等方法进行结构表征及分子量测试、拉伸试验、膜的持液量等测试方法对共聚物基质膜的性能进行了分析。 最后，将这些共聚物基质膜制备成相应的凝胶聚合物电解质。利用电化学交流阻抗法测试了电解质膜的电导率，并用扫描电子显微镜分析了其形貌特征。研究结果表明，所制备的聚合物电解质基质膜具有优异的机械性能，室温电导率可达10-4～10-3S/cm，其中P(AN-VAc-Li2IA)基凝胶聚合物电解质、P(AN-VAc-St)/PMMA、P(AN-MA-St)/LiBIB复合型凝胶聚合物电解质的离子电导率最高分别达3.03x10-4S/cm、4.34x10-4S/cm、3.73x10-4S/cm，可应用于凝胶聚合物锂离子电池中。

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章综述

1.1锂离子电池的概况

1.1.1锂离子电池的发展概况

1.1.2锂离子电池的工作原理

1.1.3锂离子电池的发展与现状

1.2锂离子电池电解质的发展历程

1.2.1锂离子电池电解质的概述

1.2.2聚合物电解质的分类

1.2.3聚合物电解质的优点

1.2.4聚合物电解质性能要求及表征方法

1.2.5聚合物电解质的导电机理

1.2.6聚合物锂离子电池存在的问题

1.3锂离子电池凝胶聚合物电解质的研究进展

1.3.1凝胶聚合物电解质的概念

1.3.2凝胶聚合物电解质发展历程

1.3.3几种典型的凝胶聚合物电解质

1.3.4凝胶聚合物电解质的生产工艺

1.3.5提高凝胶聚合物电解质电导率的途径

1.4聚合物电解质研究趋势展望

1.4.1单离子导体

1.4.2离子-电子混合导体

1.4.3新型聚合物电解质体系设计

1.5本论文工作的意义和主要研究内容

第二章新型P(AN-VAc)基聚合物电解质的研究

2.1.引言

2.2实验

2.2.1实验药品及仪器

2.2.2实验方法

2.2.3测试及表征方法

2.3结果与讨论

2.3.1.聚合反应体系的研究

2.3.2红外光谱分析

2.3.3聚合物的DSC分析

2.3.4聚合物的TG分析

2.3.5聚合物膜的力学性能分析

2.3.6聚合物基质膜的持液量

2.3.7聚合物基质膜的分子量

2.3.8聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质的电性能研究

2.3.9凝胶聚合物电解质的SEM分析

本章小结

第三章新型P(AN-MA)基聚合物电解质的研究

3.1引言

3.2实验

3.2.1实验药品及仪器

3.2.2实验方法

3.2.3测试及表征方法

3.3结果与讨论

3.3.1聚合反应体系的研究

3.3.2 P(AN-MA-St)红外光谱分析

3.3.3 P(AN-MA-St)DSC分析

3.3.4.P(AN-MA-St)TG分析

3.3.5聚合物膜的力学性能分析

3.3.6聚合物基质膜的持液量

3.3.7聚合物基质膜的分子量

3.3.8聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质的性能研究

3.3.9凝胶聚合物电解质的SEM分析

本章小结

结论

参考文献

致谢

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