本文選題：三臂　切入點：支化聚合物　出處：《南昌大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：鋰離子電池(LIBs)因其具有充放電性能好、比能量高、使用壽命長等特點從眾多電化學電池中脫穎而出,作為綠色儲能電源已廣泛應用在各行各業(yè)。目前,鋰離子電池的電解質主要采用碳酸酯類有機溶劑,存在漏液的危險,在一些極端的條件下(如短路、過充、碰撞)容易燃燒和爆炸。同時易燃有機液態(tài)電解質的使用使得電池對封裝的要求更高,需采用笨重的金屬外殼,增加了成本,降低了電池的比容量。這些缺陷限制了鋰離子電池的進一步應用和發(fā)展。但是無機固態(tài)電解質質脆,存在界面阻抗大、不易加工、機械形變差等缺陷,因此采用聚合物電解質是對上述問題最有效的解決辦法。聚合物電解質可以克服傳統(tǒng)液態(tài)電解質易燃、漏液等問題;同時,聚合物電解質的使用在保證了電池安全性的同時也能為電池的形狀設計提供便利,這符合人們對可彎折、可穿戴設備的發(fā)展需求。全固態(tài)聚合物電解質存在電導率低,本體阻抗大等缺點;類固態(tài)(凝膠型)聚合物電解質中液態(tài)增塑劑的加入會影響和降低其可操作性和力學性能。本文針對這些問題以支化、接枝以及交聯(lián)的結構改性方法對聚合物進行改性,降低結晶性能,以多孔電紡絲膜為骨架,保證電解質的可加工性能和機械性能,得到安全柔性聚合物電解質。研究內容為以下三個部分。第一部分:聚氧乙烯(PEO)由于其高的結晶性,作為電解質時電導率很低(室溫下約10-7 S cm-1),因此本文通過結構改性破壞PEO類電解質的結晶性以提高其室溫電導率。將聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)作為側鏈接枝到三羥甲基丙烷(TMP)核上,制備了三臂支化聚PEO(3PEG)。支化和梳狀結構破環(huán)了PEO分子鏈段的有序性,3PEG為完全無定形狀態(tài),室溫電導率為1.1′10-4S cm-1。將3PEG負載到聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、3PEG噴紡PVDF-HFP(3PEG/PHP)以及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)多孔電紡絲膜基底上,研究了三種不同的多孔膜做為骨架時的區(qū)別以及對復合電解質的影響。電紡絲膜骨架的加入,使得復合聚合物電解質可以彎折,并且可以做到超薄。由于不收縮性以及與3PEG較好的相容性,在本文中以PET電紡絲膜為骨架的復合聚合物電解質(CPEs)性能最好。第二部分:基于聚離子液體(PILs)的優(yōu)越性能,為進一步提高聚合物的離子電導率,以TMP為核,含咪唑型1-[2-(甲基丙烯酰)丙基]-3溴丁基咪唑(MPBIm-Br)為單體進行聚合,合成了三臂支化咪唑型聚離子液體(3P(MPBIm-X)X-=Br-,CF3SO3-(Tf-)和CF3SO3)2N-(TFSI-)。研究了不同反離子種類對聚合物熱學以及電導率的影響。為保證電解質的成膜性及其高溫安全性,將反離子為雙三氟甲烷磺酰亞胺離子的聚離子液體(3P(MPBIm-TFSI))和含有相同陰離子的離子液體(EMIM-TFSI)復合得到的離子凝膠,填充到多孔PVDF-HFP電紡絲膜的孔洞中,制備的類固體聚合物電解質(SLCE)具有不易燃、不易漏液、柔順性能好優(yōu)異性能。在50°C下,SLCE的電導率為1.2×10-3 S cm-1。第三部分:物理交聯(lián)凝膠的保液量是有限的,在防止漏液的前提下,為了進一步提升電解質的室溫電導率,本文利用化學交聯(lián)將離子液體包裹在聚合物鏈段的孔隙間,在提升凝膠型電解質的液體含量的同時,增加其穩(wěn)定性。將離子液體單體1-[2-(甲基丙烯酰)己基]-3雙三氟甲烷磺酰亞胺丁基咪唑(MHBIm-TFSI)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)、EMIM-TFSI、0.5M LiTFSI以及少量偶氮二異丁腈(AIBN)按比例混合成均勻的前驅體溶液,浸入PVDF-HFP多孔電紡絲膜的孔洞中原位熱固化制備互穿網(wǎng)絡凝膠型聚合物電解質(IPN-GPE),研究了不同單體/EMIM-TFSI比例下IPN-GPE電解質的性能,得到IPN-GPE 3/7為最佳比例電解質。30 oC下,IPN-GPE 3/7的電導率為1.3×10-3 S cm-1,電化學穩(wěn)定窗口(ESW)達5 V。將浸有前驅體溶液的電紡絲膜直接覆蓋在電極表面原位熱聚合,采用這種方法,電解質和電極材料之間具有很好的界面接觸,制備工藝簡單,環(huán)保。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O631;TM912

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