多元醇类凝胶因子的溶剂效应及其在锂硫电池中应用研究

摘要

本文合成了两种山梨醇单缩醛型低分子量凝胶因子2,4-(3,4-二氯苯亚甲基)-D-山梨醇(DCBS)和2,4-(3,4-二甲基苯亚甲基)-D-山梨醇(DMBS)。
　　对于凝胶因子DCBS的混合溶剂效应的研究发现，DCBS能溶解在乙醇溶剂中，而当向体系中加入一定体积分数的甲基环己烷时，能形成稳定的凝胶。SEM研究表明混合溶剂组成会改变聚集体的微观形貌，并与呈现的宏观凝胶能力变化相一致。FT-IR和XRD研究结果表明，分子间的氢键作用是分子自组装形成凝胶的主要驱动力，且不同混合溶剂组成会影响聚集体的堆积方式。Flory-Huggins溶解度参数进一步解释了单组分凝胶因子的二元混合溶剂效应。基于DCBS在其它不同混合溶剂体系中的凝胶性能，利用Flory-Huggins溶解度参数建立了DCBS的凝胶化预测模型，实现了DCBS在未测试混合溶剂体系中的凝胶行为预测，拓宽了Flory-Huggins参数的应用范围。
　　利用凝胶因子DMBS制备了1.0mol/L LITFSI/DME:DOL(1:1，v/v)溶液的凝胶电解质，并尝试将其应用于锂硫电池中。所制备的凝胶电解质较稳定，凝胶-溶胶相转变温度大于电池的正常使用温度。电化学测试表明凝胶电解质与液态电解质有相似的电化学行为。凝胶电解质一定程度上能减缓放电过程产生的中间产多硫化物在液态电解质中的溶解及穿梭，减缓对锂极片的腐蚀，进而提高硫活性材料的利用率和电池的充放电循环性能。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 低分子量凝胶

1.2.1 低分子量凝胶的定义

1.2.2 低分子量凝胶的形成过程

1.2.3 低分子量凝胶的重要参数及表征方法

1.3 低分子量凝胶因子的结构

1.3.1 脂肪酸衍生物

1.3.2 胆固醇类衍生物

1.3.3 蒽基和蒽醌类衍生物

1.3.4 酰胺类衍生物

1.3.5 糖类衍生物

1.3.6 金属有机化合物类凝胶因子

1.3.7 多组分凝胶因子

1.3.8 其它类型的凝胶因子

1.4 低分子量凝胶的应用

1.4.1 无机纳米材料模板

1.4.2 无机-有机混合材料

1.4.3 功能性水凝胶作为生物材料

1.4.4 敏感和响应性凝胶

1.4.5 凝胶体系作为反应媒介

1.4.6 有机凝胶作为集光系统

1.4.7 液晶材料

1.4.8 凝胶电解质

1.4.9 低分子量凝胶的其它应用

1.5 本文工作的内容及创新性

第二章 2,4-(3,4-二氯苯亚甲基)-D-山梨醇的混合溶剂效应研究

2.1 引言

2.1.1 溶剂参数与凝胶行为的相关研究

2.1.2 凝胶预测模型的相关研究

2.1.3 本文研究工作

2.2 实验部分

2.2.1 主要试剂及来源

2.2.2 主要仪器及来源

2.2.3 D-山梨醇单缩醛凝胶因子DCBS的合成与分析

2.2.4 凝胶因子DCBS的性能测试

2.3 结果与讨论

2.3.1 凝胶性能测试

2.3.2 凝胶形貌的研究

2.3.3 傅立叶红外光谱分析

2.3.4 X-射线衍射分析

2.3.5 Flory-Huggins溶剂参数

2.4 小结

第三章 锂硫电池中凝胶电解质的研究

3.1 引言

3.1.1 锂硫电池

3.1.2 锂硫电池放电原理

3.1.3 锂硫电池存在问题

3.1.4 锂硫电池电解质研究现状

3.2 实验部分

3.2.1 主要试剂及来源

3.2.2 主要仪器及来源

3.2.3 山梨醇单缩醛凝胶因子DMBS的合成与分析

3.2.4 凝胶电解质电池性能及表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 凝胶电解质中凝胶因子浓度的影响

3.3.2 电导率测试

3.3.3 电化学窗口的测定

3.3.4 锂电极微观形貌的观察

3.3.5 循环伏安曲线测定

3.3.6 锂硫电池性能测试

3.4 小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 本论文工作存在问题及研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢