【摘要】：鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好等突出優(yōu)勢(shì),是當(dāng)下很好的一種新能源形式。電解質(zhì)作為其組成的關(guān)鍵部分,很大程度上決定了電池的性能。其中聚合物固態(tài)電解質(zhì)由于其安全性高、柔韌性好以及良好的機(jī)械強(qiáng)度,具有非常好的應(yīng)用前景,但其室溫離子電導(dǎo)率低對(duì)其能夠真正應(yīng)用提出了很大的挑戰(zhàn)。添加納米填料以及共混改性都是提高固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率的有效手段,但直接添加納米顆粒的方法顆粒間易團(tuán)聚、聚合物與陶瓷填料相容性差、聚合物結(jié)晶度高等問(wèn)題使電導(dǎo)率提高有限。在納米顆粒表面接枝聚合物能夠通過(guò)其空間位阻效應(yīng)提高納米粒子的分散性,同時(shí)能夠提高鏈段的運(yùn)動(dòng)性。本文從提高離子電導(dǎo)率出發(fā),將添加改性納米填料和聚合物共混的方法相結(jié)合,制備得到了 SiO2/PDA/PEI+PEO+PEI+LiClO4體系以及SiO2/PGMA+PEO+PEI+LiClO4體系的全固態(tài)電解質(zhì)。本文首先采用不同形態(tài)和粒徑的SiO2,利用多巴胺自聚的原理,在SiO2表面包覆上了多巴胺,再利用聚多巴胺層上的酚羥基進(jìn)行二次改性,接枝上了聚合物PEI。將改性后的顆粒加入到PEO/PEI基共混體系中,制得電解質(zhì)膜。通過(guò)表征測(cè)試可以得出,多巴胺、PEI在SiO2表面均勻包覆和接枝,改性后的納米填料在聚合物基體中分散良好,制得的固態(tài)電解質(zhì)膜具有較低的結(jié)晶度和良好的高溫?zé)岱�(wěn)定性。將該固態(tài)電解質(zhì)組裝成電池測(cè)試電化學(xué)性能表明,與純PEO等對(duì)比體系相比,本實(shí)驗(yàn)所制備的電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率大幅度提高,其中50nm介孔SiO2體系的電導(dǎo)率最高,為1.76×10-4S·cm-1。各體系的80℃離子電導(dǎo)率均達(dá)到10-3數(shù)量級(jí)。此外各體系均具有較高的鋰離子遷移數(shù)和合適的電化學(xué)窗口,電化學(xué)穩(wěn)定性良好。此外,本文利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)的原理,在SiO2表面接枝上了聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(PGMA),并將其加入到PEO/PEI基共混體系中,制得電解質(zhì)膜。通過(guò)表征手段可以得知PGMA包覆均勻,納米填料分散良好,電解質(zhì)膜結(jié)晶度低、高溫?zé)岱�(wěn)定性良好。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試,該電解質(zhì)具有較高的室溫離子電導(dǎo)率(8.89×10-5S·cm-1),以及較高的鋰離子遷移數(shù)(0.66)和合適的電化學(xué)窗口,電化學(xué)穩(wěn)定性良好。
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ邋ｂａｔｔｅｒｙ逡逑若負(fù)極材料以ＬｉａＭｂＺｃ表示，ＬｉｄＡｅＢｆ表示正極材料，則鋰離子電池的充放逡逑電工作反應(yīng)原理可簡(jiǎn)單地用圖１－２表示Ｗ。逡逑充電逡逑負(fù)極反Ｓ：邋ＵａＭｆｅＺｃ＋ｘｅ＞ｘＬｒ邋￣邐＊－邋Ｌｉａ－＾ｌｂＺｃ逡逑－申邋放電逡逑正極反應(yīng)：ＬｉｄＡ．Ｂｒ邋廠這邋ＬｉｄｘＡｅＢｒｘＬｉ＾ｘｅ－逡逑放電逡逑電池反應(yīng)：ＬｉｄＡ？Ｂｆ邐Ｕ＾ＭｂＺ，＋Ｕｉ．ｘＡＳ逡逑＂＇Ｅｍ＂逡逑圖１－２鋰離子電池反應(yīng)原理逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ｌｉｔｈｉｕｍ邋ｉｏｎ邋ｂａｔｔｅｒｙ逡逑１．１．３鋰離子電池電解質(zhì)概述逡逑從材料的角度來(lái)看，鋰離子電池是多種組分特殊分布的復(fù)合材料，有豐富的逡逑界面，這就構(gòu)成了各種性能的基礎(chǔ)。電極與電解質(zhì)之間的界面控制著鋰離子的動(dòng)逡逑力學(xué)，因此是最重要的。電解質(zhì)所起的作用是分隔陽(yáng)極和陰極，阻斷電子、導(dǎo)通逡逑離子［９］，同時(shí)關(guān)系到循環(huán)性能，，安全性等電池性能。在實(shí)際應(yīng)用中，電解質(zhì)必須逡逑擁有以下幾項(xiàng)條件［１％逡逑（１）

運(yùn)動(dòng)［２８］。因此要改性獲得高電導(dǎo)率的聚合物電解質(zhì)，就要從本質(zhì)上降低聚合物逡逑的結(jié)晶度以及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Ｔｇ，增加無(wú)定形區(qū)域，提高聚合物鏈段的運(yùn)動(dòng)能逡逑力。圖１－３所示為聚合物固體電解質(zhì)的導(dǎo)電機(jī)理圖逡逑Ｉｎｔｒａｃｈａｉｎ邋ｈｏｐｐｍｇ邐Ｉｎｔｒａｃｈａｉｎ邋ｈｏｐｐｉｎｇ邋ｖｉａ邋ｋｍ邋ｃｌｕｓｔｅｒ逡逑Ｉｎｔｅｒｃｈａｉｎ邋ｈｏｐｐｉｎｇ邐Ｉｎｔｅｒｃｈａｉｎ邋ｈｏｐｐｉｎｇ邋ｖｉａ邋ｉｏｎ邋ｃｌｕｓｔｅｒ逡逑圖１－３聚合物固體電解質(zhì)的導(dǎo)電機(jī)理逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｔｈｅ邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ｐｏｌｙｍｅｒ邋ｓｏｌｉｄ邋ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ逡逑通常來(lái)講，能夠作為固態(tài)電解質(zhì)基體材料的高分子材料在低溫下具有較高的逡逑結(jié)晶度，并且大部分與鋰鹽絡(luò)合的鏈段處于這個(gè)結(jié)晶區(qū)里，從而鋰離子傳導(dǎo)困難，逡逑且界面性能較差［２６］。具有活化鏈段的無(wú)定型相有利于離子運(yùn)輸，因此可以通過(guò)逡逑６逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM912;TB34

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2683991