本文關(guān)鍵詞：新型磷酸酯類(lèi)鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)的制備及性能研究

  更多相關(guān)文章： 丙烯酰氧乙基烷基磷酸酯 凝膠聚合電解質(zhì) 交聯(lián)共聚 阻燃性 高電導(dǎo)率

【摘要】：本論文設(shè)計(jì)制備和研究了新型的高電導(dǎo)率和具有阻燃性能的磷酸酯類(lèi)鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)。合成(丙烯酰氧乙基)二烷基磷酸酯、(2-甲基丙烯酰氧乙基)二烷基磷酸酯作為聚合電解質(zhì)的單體,利用HR-MS、1H NMR、31P NMR、13C NMR、FT-IR對(duì)化合物的結(jié)構(gòu)做了表征。通過(guò)溶液聚合反應(yīng),探究此類(lèi)磷酸酯單體的均聚反應(yīng),同時(shí)研究了其與苯乙烯等代表性雙鍵單體的共聚反應(yīng),并利用1H NMR、31P NMR、GPC等對(duì)聚合物的結(jié)構(gòu)和分子量做了表征,結(jié)果表明此類(lèi)含雙鍵的磷酸酯具有較好的自聚能力和共聚能力。通過(guò)TGA和DSC對(duì)聚合物熱穩(wěn)定性表征,結(jié)果表明此類(lèi)含磷聚合物有良好的熱穩(wěn)定性。在制備新型磷酸酯類(lèi)凝膠電解質(zhì)之前,我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)熱聚合法的聚合條件進(jìn)行了一定的優(yōu)化,隨后在交聯(lián)劑、自由基引發(fā)劑、共聚單體和液體電解液混合下利用此法合成了一系列交聯(lián)的磷酸酯類(lèi)共聚型凝膠聚合物電解質(zhì)。著重分析測(cè)試了這些凝膠聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率,并結(jié)合其外在機(jī)械性能等,研究了磷酸酯-交聯(lián)劑、不同磷酸酯之間共聚、磷酸酯-其它雙鍵單體共聚等在不同摩爾比下的電導(dǎo)率變化情況,并優(yōu)化選出了綜合性能良好的高電導(dǎo)率的磷酸酯類(lèi)凝膠聚合物電解質(zhì)。另外利用燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試了此類(lèi)單體添加體系以及其凝膠電解質(zhì)體系的自熄時(shí)間和燃燒率等,證明了磷酸酯類(lèi)單體及其相應(yīng)凝膠電解質(zhì)都具有較好的阻燃性能。利用掃描電鏡表征了此類(lèi)單體自聚、共聚物的內(nèi)部疏松形貌和洗去電解液后此類(lèi)電解質(zhì)的聚合物主體的內(nèi)部三維多孔構(gòu)造,驗(yàn)證了此類(lèi)凝膠電解質(zhì)存在較好的離子傳輸通道,具有高電導(dǎo)率的特點(diǎn)。通過(guò)丙烯酰氧乙基磷酸酯與電解液或者鋰鹽混合溶液的HR-MS、31P NMR、FT-IR變化分析,驗(yàn)證了Li+與磷酸酯分子之間有一定的相互作用,進(jìn)一步解釋了磷酸酯類(lèi)凝膠聚合物電解質(zhì)的高電導(dǎo)率。對(duì)于電解質(zhì)的單體殘余量我們進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)試,結(jié)果是單體具有很高的轉(zhuǎn)化率,較低的單體殘余降低了對(duì)電池性能的可能影響。
【關(guān)鍵詞】：丙烯酰氧乙基烷基磷酸酯 凝膠聚合電解質(zhì) 交聯(lián)共聚 阻燃性 高電導(dǎo)率
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 前言11-29
• 1.1 鋰離子電池的發(fā)展11-14
• 1.1.1 鋰離子電池應(yīng)用前景11
• 1.1.2 鋰離子電池結(jié)構(gòu)原理11-13
• 1.1.3 鋰離子電池安全問(wèn)題及事故機(jī)理13-14
• 1.2 鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)14-23
• 1.2.1 聚合物鋰離子電池電解質(zhì)的發(fā)展與分類(lèi)14-15
• 1.2.2 凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)體系15-20
• 1.2.2.1 鋰離子電池凝膠電解質(zhì)應(yīng)該具備的條件15
• 1.2.2.2 PEO類(lèi)凝膠電解質(zhì)15-16
• 1.2.2.3 PAN類(lèi)凝膠電解質(zhì)16-17
• 1.2.2.4 PVDF類(lèi)凝膠電解質(zhì)17-19
• 1.2.2.5 PMMA類(lèi)凝膠電解質(zhì)19-20
• 1.2.3 凝膠聚合物電解質(zhì)的常用合成方法20-22
• 1.2.3.1 物理吸附法制備凝膠聚合物電解質(zhì)20-21
• 1.2.3.2 化學(xué)交聯(lián)法制備凝膠聚合物電解質(zhì)21-22
• 1.2.4 凝膠電解質(zhì)(GPE)需要解決的問(wèn)題22
• 1.2.5 凝膠電解質(zhì)的導(dǎo)電機(jī)理22-23
• 1.3 磷酸酯類(lèi)化合物在鋰離子電池方面的應(yīng)用23-27
• 1.3.1 磷酸酯類(lèi)阻燃添加劑特征23
• 1.3.2 磷酸酯類(lèi)阻燃添加劑阻燃機(jī)理23-24
• 1.3.3 磷酸酯類(lèi)鋰離子電池阻燃劑24-25
• 1.3.4 磷酸酯類(lèi)鋰離子電池凝膠電解質(zhì)25-27
• 1.4 本論文設(shè)計(jì)思路27-29
• 第二章 磷酸酯類(lèi)單體及聚合物合成及相關(guān)性能表征29-45
• 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器試劑及聚合反應(yīng)前軀體純化29-31
• 2.1.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑與儀器29-30
• 2.1.2 聚合反應(yīng)前軀體的純化處理30-31
• 2.1.2.1 交聯(lián)劑TEGDMA的提純30
• 2.1.2.2 引發(fā)劑(AIBN)純化30
• 2.1.2.3 雙鍵單體純化30-31
• 2.2 雙鍵磷酸酯單體的合成與表征31-34
• 2.2.1 (丙烯酰氧乙基)/(2-甲基丙烯酰氧乙基)烷基磷酸酯合成表征31-34
• 2.2.1.1 氯磷酸二烷基酯的合成31
• 2.2.1.2 (丙烯酰氧乙基)二烷基磷酸酯合成表征31-34
• 2.2.2 烯丙基、丁烯基膦酸二乙酯聚合單體的合成34
• 2.3 聚合物合成及相關(guān)性能分析34-37
• 2.3.1 磷酸酯單體溶液聚合均聚、共聚物制備及表征34-36
• 2.3.2 磷酸酯單體溶液聚合反應(yīng)分析36
• 2.3.3 磷酸酯共聚的單體轉(zhuǎn)化率36-37
• 2.4 聚合物熱性能分析37-44
• 2.4.1 熱重分析樣品的制備與分析37-38
• 2.4.2 熱重分析樣品的分析38-44
• 2.5 本章小結(jié)44-45
• 第三章 磷酸酯類(lèi)凝膠電解質(zhì)制備條件的優(yōu)化研究45-56
• 3.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑45-46
• 3.2 聚合反應(yīng)前軀體預(yù)處理46
• 3.2.1 雙鍵單體純化46
• 3.2.2 引發(fā)劑純化46
• 3.2.3 交聯(lián)劑類(lèi)的提純46
• 3.3 鋰離子凝膠電解質(zhì)的熱聚合制備條件的研究46-49
• 3.3.1 引發(fā)劑和溫度的優(yōu)化47-48
• 3.3.2 電解液含量的優(yōu)化48
• 3.3.3 交聯(lián)劑的優(yōu)化48-49
• 3.4 磷酸酯類(lèi)凝膠電解質(zhì)交聯(lián)劑用量的優(yōu)化49-55
• 3.4.1 AEDEP-交聯(lián)劑二元體系50-51
• 3.4.2 MADEP-交聯(lián)劑二元體系51-52
• 3.4.3 AEDBP-交聯(lián)劑二元體系52-54
• 3.4.4 三種磷酸酯單體-交聯(lián)劑二元聚合體系小結(jié)54-55
• 3.5 本章小結(jié)55-56
• 第四章 磷酸酯類(lèi)體系凝膠電解質(zhì)電導(dǎo)及相關(guān)性質(zhì)研究56-94
• 4.1 引言56
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分56-57
• 4.2.1 試劑儀器與原料56
• 4.2.2 合成磷酸酯類(lèi)凝膠電解質(zhì)的方法56-57
• 4.3 三元凝膠電解質(zhì)體系57-80
• 4.3.1 磷酸酯-磷酸酯-交聯(lián)劑三元體系57-60
• 4.3.2 磷酸酯-膦酸酯-交聯(lián)劑三元體系60-62
• 4.3.3 磷酸酯-其它雙鍵單體-交聯(lián)劑三元體系交聯(lián)劑的優(yōu)化62-64
• 4.3.4 磷酸酯-MA-交聯(lián)劑三元體系64-65
• 4.3.5 磷酸酯-MMA-交聯(lián)劑三元體系65-67
• 4.3.6 磷酸酯-EA-交聯(lián)劑三元體系67-69
• 4.3.7 磷酸酯-PA-交聯(lián)劑三元體系69-71
• 4.3.8 磷酸酯-DEAM-交聯(lián)劑三元體系71-73
• 4.3.9 磷酸酯-AN-交聯(lián)劑三元體系73-75
• 4.3.10 磷酸酯-S-交聯(lián)劑三元體系75-76
• 4.3.11 AEDEP、MADEP、AEDBP-雙鍵單體-TEGDMA(1:1:1) (mol比)電導(dǎo)分析6676-80
• 4.4 掃描電鏡(SEM)分析80-84
• 4.4.1 掃描電鏡樣品的制備80-81
• 4.4.2 電解質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)分析81-84
• 4.5 添加單體電解液體系及其聚合電解質(zhì)的燃燒阻燃實(shí)驗(yàn)84-88
• 4.5.1 添加單體MADBP電解液體系自熄時(shí)間測(cè)定84-85
• 4.5.2 不同MADBP添加量對(duì)火焰?zhèn)鬟f速率的影響85-87
• 4.5.3 MADBP-MA凝膠電解質(zhì)的燃燒實(shí)驗(yàn)87-88
• 4.6 磷酸酯-Li+相互作用88-92
• 4.6.1 MADBP-Li+作用核磁分析88-90
• 4.6.2 MADBP-Li+作用高分辨質(zhì)譜分析90-92
• 4.6.3 MADBP-Li+作用紅外分析92
• 4.7 本章小結(jié)92-94
• 本論文小結(jié)94-95
• 參考文獻(xiàn)95-101
• 附錄101-123
• 碩士期間發(fā)表的論文123-124
• 致謝124

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