發(fā)布時間：2020-05-27 18:57

【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,是當下很好的一種新能源形式。電解質(zhì)作為其組成的關鍵部分,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械強度,具有非常好的應用前景,但其室溫離子電導率低對其能夠真正應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)離子電導率的有效手段,但直接添加納米顆粒的方法顆粒間易團聚、聚合物與陶瓷填料相容性差、聚合物結晶度高等問題使電導率提高有限。在納米顆粒表面接枝聚合物能夠通過其空間位阻效應提高納米粒子的分散性,同時能夠提高鏈段的運動性。本文從提高離子電導率出發(fā),將添加改性納米填料和聚合物共混的方法相結合,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。通過表征測試可以得出,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)膜具有較低的結晶度和良好的高溫熱穩(wěn)定性。將該固態(tài)電解質(zhì)組裝成電池測試電化學性能表明,與純PEO等對比體系相比,本實驗所制備的電解質(zhì)室溫離子電導率大幅度提高,其中50nm介孔SiO2體系的電導率最高,為1.76×10-4S·cm-1。各體系的80℃離子電導率均達到10-3數(shù)量級。此外各體系均具有較高的鋰離子遷移數(shù)和合適的電化學窗口,電化學穩(wěn)定性良好。此外,本文利用原子轉移自由基聚合(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)膜結晶度低、高溫熱穩(wěn)定性良好。通過電化學測試,該電解質(zhì)具有較高的室溫離子電導率(8.89×10-5S·cm-1),以及較高的鋰離子遷移數(shù)(0.66)和合適的電化學窗口,電化學穩(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原理可簡單地用圖１－２表示Ｗ。逡逑充電逡逑負極反Ｓ：邋ＵａＭｆｅＺｃ＋ｘｅ＞ｘＬｒ邋￣邐＊－邋Ｌｉａ－＾ｌｂＺｃ逡逑－申邋放電逡逑正極反應：ＬｉｄＡ．Ｂｒ邋廠這邋ＬｉｄｘＡｅＢｒｘＬｉ＾ｘｅ－逡逑放電逡逑電池反應：ＬｉｄＡ？Ｂｆ邐Ｕ＾ＭｂＺ，＋Ｕｉ．ｘＡＳ逡逑＂＇Ｅｍ＂逡逑圖１－２鋰離子電池反應原理逡逑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看，鋰離子電池是多種組分特殊分布的復合材料，有豐富的逡逑界面，這就構成了各種性能的基礎。電極與電解質(zhì)之間的界面控制著鋰離子的動逡逑力學，因此是最重要的。電解質(zhì)所起的作用是分隔陽極和陰極，阻斷電子、導通逡逑離子［９］，同時關系到循環(huán)性能，，安全性等電池性能。在實際應用中，電解質(zhì)必須逡逑擁有以下幾項條件［１％逡逑（１）

運動［２８］。因此要改性獲得高電導率的聚合物電解質(zhì)，就要從本質(zhì)上降低聚合物逡逑的結晶度以及玻璃化轉變溫度Ｔｇ，增加無定形區(qū)域，提高聚合物鏈段的運動能逡逑力。圖１－３所示為聚合物固體電解質(zhì)的導電機理圖逡逑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)的導電機理逡逑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晶度，并且大部分與鋰鹽絡合的鏈段處于這個結晶區(qū)里，從而鋰離子傳導困難，逡逑且界面性能較差［２６］。具有活化鏈段的無定型相有利于離子運輸，因此可以通過逡逑６逡逑
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM912;TB34

【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

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相關博士學位論文 前1條

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相關碩士學位論文 前7條

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本文編號：2683991