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多孔型聚合物电解质的制备与表征

作　者: 梁亮
导　师: 王玮
学　校: 中国海洋大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 凝胶聚合物锂离子电池 凝胶聚合物电解质 多孔型聚合物电解质 锂离子电池 相转变法 离子电导率 混合导体
分类号: TB383.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


凝胶聚合物锂离子电池不仅具有液态锂离子电池的优良性能,而且由于电池中不存在游离的电解液,不但改善了液态锂离子电池可能出现的漏液、爆炸等问题,外形设计也更加灵活方便,无需金属外壳包装。目前凝胶聚合物电解质(GSPE)的室温离子电导率可达10-3 S·cm-1数量级,已经能基本满足应用的要求,但相比液态电解液的电导率(10-2 S·cm-1),GSPE的电导率仍然偏低,使得凝胶聚合物锂离子电池的高充放电速率和低温性能都大大的降低。而且目前GSPE的整个制备工艺过程对水分的要求很高,造成设备投资大、成本高,废弃溶剂处理困难,不利于占大多数的液态锂离子电池厂家转型生产凝胶聚合物锂离子电池。本论文正是从目前凝胶聚合物锂离子电池存在的这些问题出发,采用简单的相转变方法制备多孔型聚合物电解质(PSPE)工艺,并对制备条件进行了优化,制备了性能良好的多孔型聚合物电解质。本文制备了三种不同的多孔型聚合物电解质基体,并通过浸泡电解液制备成多孔型聚合物电解质,研究了它们的微观形态、热稳定性、电化学性能以及离子导电性。1.通过简单的相转变技术制备出聚偏氟乙烯与聚氧化乙烯的共混体系,随着PEO含量的增加基体的微孔结构能够得到极大地改善,从而大幅度提高PVDF-PEO多孔型聚合物电解质的室温离子电导率。通过孔隙率测试、SEM、TG对多孔型聚合物电解质基体的微孔结构以及热性能进行分析。最后将多孔型聚合物电解质基体浸入电解液中,得到多孔型聚合物电解质,并进行电化学性能测试。制备过程中以DMF为溶剂时,在PEO含量为0.5时PVDF-PEO多孔型聚合物电解质基体孔隙率最高可达90%左右,室温离子电导率可达3.10×10-3 S·cm-1,其安全电化学稳定性窗口为5.5V;制备过程中以NMP为溶剂时在PEO含量为0.5时PVDF-PEO多孔型聚合物电解质室温离子电导率可达6.1×10-4 S·cm-1。2.首先,采用了化学聚合法合成了掺杂态聚苯胺PANI(ES)以及本征态聚苯胺PANI(EB)。其次,采用相转化法制备PVDF-PANI(ES)以及PVDF-PANI(EB)多孔型聚合物电解质基体,并通过孔隙率测试、三维视频显微镜、TG对多孔型聚合物电解质基体的微孔结构以及热性能进行分析。最后将多孔型聚合物电解质基体浸入电解液中,得到多孔型聚合物电解质,并进行电化学性能测试。PVDF-PANI(ES)多孔型聚合物电解质室温离子电导率达7.87×10-4 S·cm-1,其安全电化学稳定性窗口为3.5V。通过对PVDF-PANI(ES)以及PVDF-PANI(EB)多孔型聚合物电解质性能的对比发现PANI(ES)在体系中能够形成一种特殊的带有负电的传输通道,从而大大提高了电解液中锂离子的传输速度,从而改善了多孔型聚合物电解质的锂离子传输性能。3.利用掺杂态聚苯胺PANI(ES)在多孔型聚合物电解质中能够形成特殊的带有负电的传输通道的特性,本文采用相转变方法,制备过程中以NMP为溶剂,制备了PVDF-PEO-PANI(ES)多孔型离子-电子混合导体,并通过孔隙率测试、三维视频显微镜、TG对多孔型基体的微孔结构以及热性能进行分析。最后将多孔型聚合物基体浸入电解液中,并通过浸泡电解液得到了新型PVDF-PEO-PANI(ES)多孔型聚合物电解质,并进行电化学性能测试。在PANI(ES)含量为0.3时PVDF-PEO-PANI(ES)多孔型聚合物电解质基体孔隙率达到最大为90%左右,室温离子电导率达最大为2.82×10-3 S·cm-1,其安全电化学稳定性窗口为4.5V。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章 前言  11-28
  1.1 聚合物电解质的发展简介  11
  1.2 聚合物电解质的分类及研究进展  11-22
  1.3 聚合物电解质导电机理的研究进展  22-24
  1.4 聚合物电解质在锂离子二次电池中的应用  24-26
  1.5 选题的背景、意义及研究的主要内容  26-28
第二章 相转变法制备PVDF-PEO 多孔型聚合物电解质  28-45
  2.1 前言  28
  2.2 实验部分  28-35
  2.3 结果与讨论  35-44
  2.4 本章小结  44-45
第三章 相转变法制备PVDF-PANI 多孔型聚合物电解质  45-64
  3.1 前言  45
  3.2 实验部分  45-50
  3.3 结果与讨论  50-62
  3.4 本章小结  62-64
第四章 相转变法制备PVDF-PEO-PANI(ES)多孔型聚合物电解质  64-76
  4.1 前言  64
  4.2 实验部分  64-68
  4.3 结果与讨论  68-74
  4.4 本章小结  74-76
第五章 结论  76-77
参考文献  77-82
致谢  82-83
个人简历  83
发表的学术论文  83

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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