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SCA/无机粉体复合改性固态聚合物电解质的研究

作　者: 李已才
导　师: 顾大明
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 无机化学
关键词: 固态聚合物电解质 PEO 硅烷偶联剂 复合改性
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


固态聚合物电解质是全固态聚合物锂电池中的最关键材料和研究的热点。本文采用溶液浇铸法制备聚环氧乙烷（PEO）基全固态复合聚合物电解质（SCPE）膜,并通过电化学性能测试、力学性能测试、XRD、DSC、FTIR和SEM等表征方法,对硅烷偶联剂（SCA）和无机粉体对SCPE膜性能的影响进行了研究,同时对复合改性作用机理进行了探讨。采用单组份含量变化实验,对锂盐、无机粉体和SCA对电解质膜性能的影响进行了研究。通过SCA1和SCA2改性体系及SCA1-SiO2和SCA1-Al2O3复合改性体系的性能对比结果,确定SCA1和SiO2共同作为复合改性添加剂。SCA1-SiO2复合改性对SCPE性能影响十分明显,电化学性能和力学性能都显著提高,且优于SiO2和SCA1单独改性的效果。PEO8-LiClO4-5wt%SiO2-SCA1室温电导率达到了1.2×10-3S/cm,离子迁移数0.71,且具有良好的力学强度,屈服强度达2.0MPa,塑性抗拉强度达到5.5MPa,应变超过500%时仍未断裂。FTIR、XRD、DSC和SEM等检测结果显示,复合改性的主要从三个方面发挥作用:①降低体系的结晶度,自制纯PEO的结晶度高达81.1%,PEO8-LiClO4-5.0wt%SiO2体系结晶度为20.3%,而引入SCA1之后,体系结晶度降至2.4%;②SCA1的添加对SiO2粉体起到了―增溶‖和分散的作用,抑制了SiO2粉体的局部聚集和沉积;③复合改性电解质膜的表面相对更为光滑、致密,可有效降低与电极片之间的接触阻抗。这些性质变化的本质是SCA1和SiO2协同作用的结果。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章 绪论  7-20
  1.1 课题背景  7-8
  1.2 固态聚合物电解质研究现状及分析  8-14
    1.2.1 锂盐的选取  8-9
    1.2.2 基体改性  9-12
    1.2.3 无机添加剂改性  12-13
    1.2.4 特殊体系  13-14
  1.3 硅烷偶联剂在聚合物电解质中的应用  14-18
  1.4 固态聚合物电解质的导电机理  18-19
  1.5 课题研究的意义和内容  19-20
第2章 实验材料和实验方法  20-28
  2.1 实验药品与仪器  20-21
  2.2 SCPE 的制备  21-22
  2.3 SCPE 的表征方法  22-28
    2.3.1 SCPE 离子电导率测量  22-23
    2.3.2 电化学稳定窗口测试  23-24
    2.3.3 离子迁移数测试  24-25
    2.3.4 拉伸强度测试  25-26
    2.3.5 FTIR 检测  26
    2.3.6 SCPE 结晶度检测  26-27
    2.3.7 SEM 表征  27-28
第3章 SCPE 中单一组分对膜性能影响研究  28-41
  3.1 锂盐的影响  28-31
    3.1.1 高氯酸锂添加量的影响  28-30
    3.1.2 混合锂盐的影响  30-31
  3.2 无机添加剂的影响  31-34
    3.2.1 电化学性能  31-33
    3.2.2 其他性能  33-34
  3.3 SCA 的影响  34-39
    3.3.1 SCA 的选取  35-37
    3.3.2 SCA_1 对电导率的影响  37-38
    3.3.3 SCA_1 对其他性能的影响  38-39
  3.4 本章小结  39-41
第4章 SCA/无机添加剂复合改性及机理研究  41-52
  4.1 无机粉体的选择  41-42
  4.2 复合改性对SCPE 性能的影响  42-46
    4.2.1 离子电导率  42-43
    4.2.2 离子迁移数  43-45
    4.2.3 力学性能  45-46
  4.3 复合改性作用机理研究  46-50
    4.3.1 红外检测  46-47
    4.3.2 结晶度表征  47-48
    4.3.3 SEM 表征  48-50
  4.4 本章小结  50-52
结论  52-53
参考文献  53-59
攻读学位期间发表的学术论文  59-61
致谢  61

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 高分子物理和高分子物理化学 > 高聚物的化学性质
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