本文選題：三臂　切入點(diǎn)：支化聚合物　出處：《南昌大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鋰離子電池(LIBs)因其具有充放電性能好、比能量高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)從眾多電化學(xué)電池中脫穎而出,作為綠色儲(chǔ)能電源已廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)。目前,鋰離子電池的電解質(zhì)主要采用碳酸酯類有機(jī)溶劑,存在漏液的危險(xiǎn),在一些極端的條件下(如短路、過(guò)充、碰撞)容易燃燒和爆炸。同時(shí)易燃有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)的使用使得電池對(duì)封裝的要求更高,需采用笨重的金屬外殼,增加了成本,降低了電池的比容量。這些缺陷限制了鋰離子電池的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。但是無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)質(zhì)脆,存在界面阻抗大、不易加工、機(jī)械形變差等缺陷,因此采用聚合物電解質(zhì)是對(duì)上述問(wèn)題最有效的解決辦法。聚合物電解質(zhì)可以克服傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)易燃、漏液等問(wèn)題;同時(shí),聚合物電解質(zhì)的使用在保證了電池安全性的同時(shí)也能為電池的形狀設(shè)計(jì)提供便利,這符合人們對(duì)可彎折、可穿戴設(shè)備的發(fā)展需求。全固態(tài)聚合物電解質(zhì)存在電導(dǎo)率低,本體阻抗大等缺點(diǎn);類固態(tài)(凝膠型)聚合物電解質(zhì)中液態(tài)增塑劑的加入會(huì)影響和降低其可操作性和力學(xué)性能。本文針對(duì)這些問(wèn)題以支化、接枝以及交聯(lián)的結(jié)構(gòu)改性方法對(duì)聚合物進(jìn)行改性,降低結(jié)晶性能,以多孔電紡絲膜為骨架,保證電解質(zhì)的可加工性能和機(jī)械性能,得到安全柔性聚合物電解質(zhì)。研究?jī)?nèi)容為以下三個(gè)部分。第一部分:聚氧乙烯(PEO)由于其高的結(jié)晶性,作為電解質(zhì)時(shí)電導(dǎo)率很低(室溫下約10-7 S cm-1),因此本文通過(guò)結(jié)構(gòu)改性破壞PEO類電解質(zhì)的結(jié)晶性以提高其室溫電導(dǎo)率。將聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)作為側(cè)鏈接枝到三羥甲基丙烷(TMP)核上,制備了三臂支化聚PEO(3PEG)。支化和梳狀結(jié)構(gòu)破環(huán)了PEO分子鏈段的有序性,3PEG為完全無(wú)定形狀態(tài),室溫電導(dǎo)率為1.1′10-4S cm-1。將3PEG負(fù)載到聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、3PEG噴紡PVDF-HFP(3PEG/PHP)以及聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)多孔電紡絲膜基底上,研究了三種不同的多孔膜做為骨架時(shí)的區(qū)別以及對(duì)復(fù)合電解質(zhì)的影響。電紡絲膜骨架的加入,使得復(fù)合聚合物電解質(zhì)可以彎折,并且可以做到超薄。由于不收縮性以及與3PEG較好的相容性,在本文中以PET電紡絲膜為骨架的復(fù)合聚合物電解質(zhì)(CPEs)性能最好。第二部分:基于聚離子液體(PILs)的優(yōu)越性能,為進(jìn)一步提高聚合物的離子電導(dǎo)率,以TMP為核,含咪唑型1-[2-(甲基丙烯酰)丙基]-3溴丁基咪唑(MPBIm-Br)為單體進(jìn)行聚合,合成了三臂支化咪唑型聚離子液體(3P(MPBIm-X)X-=Br-,CF3SO3-(Tf-)和CF3SO3)2N-(TFSI-)。研究了不同反離子種類對(duì)聚合物熱學(xué)以及電導(dǎo)率的影響。為保證電解質(zhì)的成膜性及其高溫安全性,將反離子為雙三氟甲烷磺酰亞胺離子的聚離子液體(3P(MPBIm-TFSI))和含有相同陰離子的離子液體(EMIM-TFSI)復(fù)合得到的離子凝膠,填充到多孔PVDF-HFP電紡絲膜的孔洞中,制備的類固體聚合物電解質(zhì)(SLCE)具有不易燃、不易漏液、柔順性能好優(yōu)異性能。在50°C下,SLCE的電導(dǎo)率為1.2×10-3 S cm-1。第三部分:物理交聯(lián)凝膠的保液量是有限的,在防止漏液的前提下,為了進(jìn)一步提升電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率,本文利用化學(xué)交聯(lián)將離子液體包裹在聚合物鏈段的孔隙間,在提升凝膠型電解質(zhì)的液體含量的同時(shí),增加其穩(wěn)定性。將離子液體單體1-[2-(甲基丙烯酰)己基]-3雙三氟甲烷磺酰亞胺丁基咪唑(MHBIm-TFSI)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)、EMIM-TFSI、0.5M LiTFSI以及少量偶氮二異丁腈(AIBN)按比例混合成均勻的前驅(qū)體溶液,浸入PVDF-HFP多孔電紡絲膜的孔洞中原位熱固化制備互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠型聚合物電解質(zhì)(IPN-GPE),研究了不同單體/EMIM-TFSI比例下IPN-GPE電解質(zhì)的性能,得到IPN-GPE 3/7為最佳比例電解質(zhì)。30 oC下,IPN-GPE 3/7的電導(dǎo)率為1.3×10-3 S cm-1,電化學(xué)穩(wěn)定窗口(ESW)達(dá)5 V。將浸有前驅(qū)體溶液的電紡絲膜直接覆蓋在電極表面原位熱聚合,采用這種方法,電解質(zhì)和電極材料之間具有很好的界面接觸,制備工藝簡(jiǎn)單,環(huán)保。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O631;TM912

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本文編號(hào)：1615699