【摘要】：聚合物電解質膜是決定鋰離子電池性能的關鍵材料之一。當前聚合物電解質膜仍然存在一系列性能方面的不足,如傳輸過程中電導率過低、尺寸穩(wěn)定性差、成膜性能差等,需要進一步改善。本文針對上述問題,以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)為基礎,利用磺酸基團的強離子活度與碳碳雙鍵的聚合反應合成了一系列含有磺酸基團的共聚物,采用共混改性的方法對聚合物電解質膜進行改性,并通過共溶劑法、粘度法和EDS能譜分析對聚合物電解質膜的相容性進行考察,在此基礎上進一步對聚合物電解質膜展開結構與性能的方面的研究,以此來實現(xiàn)聚合物電解質膜的性能優(yōu)化。具體研究內容如下:含有磺酸基團和酰胺基團的聚合物具有良好的親水性、導電性及熱穩(wěn)定性,但單一的聚合物組成的電解質膜成膜性能很差,而含有碳氟結構的聚合物可以進一步提高聚合物的機械性能及離子電導率。本文以過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉為引發(fā)劑,水溶液為分散介質,利用溶液聚合法分別進行了2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)單體的自由基聚合和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基丙烯酸三氟乙酯(AMPS/TFEMA)的共聚,經過8h的反應分別得到濃度為20%的澄清透明呈粘稠狀態(tài)的聚合物PAMPS溶液和呈藍綠色粘稠的共聚物P(AMPS-TFEMA)溶液,經過純化后,分別利用紅外光譜、核磁共振、XRD和XPS表征了聚合物的結構,并對熱穩(wěn)定性進行了測試。實驗表明,經過紅外光譜與~1HNMR對共聚物特征峰的分析,以及XRD和XPS的進一步表征,發(fā)現(xiàn)AMPS單體、AMPS與TFEMA已經分別成功發(fā)生聚合反應,生成聚合物PAMPS和共聚物P(AMPS-TFEMA)。經過熱重分析后發(fā)現(xiàn),聚合物PAMPS和共聚物P(AMPS-TFEMA)均具有良好的熱穩(wěn)定性。通過共溶劑法、粘度法和EDS能譜分析法研究了聚合物PAMPS、P(AMPS-TFEMA)與PVDF的共混相容性。結果表明,通過共溶劑法與粘度法發(fā)現(xiàn),PAMPS的比例為10%-40%時,PAMPS/PVDF中表現(xiàn)出良好的相容性;PAMPS-PEG中,PEG的含量為20-30%時,(PAMPS-PEG)/PVDF有良好的相容性;P(AMPS-TFEMA)的比例為10%-40%時,P(AMPS-TFEMA)/PVDF表現(xiàn)出良好的相容性。并通過EDS能譜分析進一步證實了共聚物與PVDF在一定配比內,相容性較好。利用浸沒沉淀相轉化法制備出P(AMPS-TFEMA)/PVDF、PAMPS/PVDF和(PAMPS-PEG)/PVDF共混膜。利用紅外光譜和SEM對膜的表面結構進行了觀察并對膜的性能進行了測試。結果發(fā)現(xiàn),隨著聚合物含量的增加,電解質膜呈現(xiàn)出膜孔較多且均勻完整。綜合三種聚合物膜的性能發(fā)現(xiàn),機械性能最強的膜為(PAMPS-PEG)/PVDF,所能承受的最大力為17.99N;P(AMPS-TFEMA)/PVDF膜的電導率為2.6×10~(-3) S.cm~(-1),電化學窗口為3.5V,P(AMPS-TFEMA)/PVDF共混膜熱分解溫度為350℃,溶脹比的變化為3.06%。
【圖文】：

內蒙古工業(yè)大學碩士學位論文LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6至此，炭材料的引進及鋰離子電池的商品化進一步證明了鋰電池及鋰離子電池體系的發(fā)展逐步成熟。1.1.2 鋰離子電池的工作原理及優(yōu)點鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜及電解液等幾部分組成。其中正負極能夠逆的嵌入與脫嵌鋰離子的化合物，隔膜則為隔離電池正負極以免其發(fā)生短路，而解液主要是負責在正負極之間進行鋰離子的傳導。鋰離子電池的充放電過程示意如圖 1-1 所示：

1-1 化學凝膠網絡的圖解—a 化學交聯(lián)，b 流蘇膠束，c 物理凝膠網絡igure1-1 The diagrammatic representation of a chemical gel network with junctints a, and physical gel networks having junction zones b and fringed micelles c膠電解質的獲得一般分為兩步。首先，將鹽溶解在極性或離子液體中以產電溶液，然后加入惰性聚合物材料以此來賦予較好的機械穩(wěn)定性。 通常，，物電解質都是雙相系統(tǒng)。膠電解質最大的優(yōu)點就是提高了離子電導率，但是提高離子電導率的同時電解質的機械性能，導致在使用的過程中，形態(tài)會隨著外界壓力的改變而一方面，凝膠電解質在使用過程中容易發(fā)生電解液泄露的問題。固態(tài)聚合物電解質合物的固體電解質因為它們可以作為柔性和保形膜加工，通常成本低，可好的機械性能等一系列的優(yōu)點，現(xiàn)階段被廣泛的研究，大多數(shù)固體電解質以溶解或分散在水中，并且它們的分子結構通常包括離子或其他親核基團[27]
【學位授予單位】：內蒙古工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM912;TB383.2

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 王西鋒;李宜洋;孫長順;蘇秀霞;;XG-g-P(AA-co-AMPS)/膨潤土復合材料對Hg~(2+)的吸附研究[J];化工新型材料;2014年07期

2 丁偉;劉海燕;于濤;曲廣淼;;離子液體中AM/AMPS/N8AM三元共聚物的合成及溶液性能[J];高等學校化學學報;2008年04期

3 高春梅;奚旦立;楊曉波;孟彥賓;;聚偏氟乙烯／聚氯乙烯相容性研究[J];膜科學與技術;2006年05期

相關博士學位論文 前4條

1 岳紅偉;基于碳材料的鋰離子電池負極材料性能研究[D];蘭州大學;2016年

2 朱玉松;高性能鋰離子電池聚合物電解質的制備及研究[D];復旦大學;2013年

3 張鵬;新型鋰離子電池聚合物電解質制備及性能研究[D];復旦大學;2010年

4 李濤;直接甲醇燃料電池阻醇質子交換膜制備、表征及其質子/甲醇傳輸機理研究[D];廈門大學;2009年

相關碩士學位論文 前9條

1 張金;交聯(lián)型聚磷腈負載含氮雜環(huán)陽離子堿性膜的制備與性能研究[D];北京化工大學;2017年

2 邢驥躍;AM/AMPS/D_iC_(12)AM/VTS-SiO_2的合成及其溶液性能研究[D];西南石油大學;2017年

3 馬志剛;GO-PEG共混改性PVDF超濾膜制備及抗污染性能研究[D];天津工業(yè)大學;2017年

4 王媛媛;基于溶劑蒸發(fā)誘導調控膜表面有序構造[D];天津工業(yè)大學;2017年

5 楊帥帥;含氟丙烯酸酯類的活性聚合研究[D];濟南大學;2015年

6 王學武;PVDF基功能薄膜制備、改性及性能研究[D];天津理工大學;2015年

7 錢艷玲;兩親性共聚物改性PVDF多孔膜的結構控制與性能研究[D];浙江大學;2008年

8 樊勇利;鋰離子電池正極材料氧化鎳鈷錳鋰的研究[D];天津大學;2007年

9 陳煒;聚偏氟乙烯（PVDF）平板膜的制備工藝及化學改性的研究[D];浙江大學;2003年

本文編號：2621816