【摘要】：目前商業(yè)化的鋰離子電池使用的都是有機(jī)液體電解質(zhì),很容易發(fā)生電池漏液、起火、爆炸等危險(xiǎn)。固態(tài)聚合物電解質(zhì)以固態(tài)形式取代傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)不僅解決了安全問(wèn)題,還可以使電池形狀將更加多樣化。在聚合物電解質(zhì)研究中,機(jī)械性能與電導(dǎo)率往往不可兼得,但是軟硬段微相分離的結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)改善這兩種性能。本論文通過(guò)共聚的方法制備了三個(gè)系列具有微相分離結(jié)構(gòu)的聚脲和聚氨酯脲單離子聚合物電解質(zhì),并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試分析。本論文首先以對(duì)苯二異氰酸酯,二氨基苯磺酸鋰,分子量為1000的聚氧乙烯二胺為原料,改變二氨基苯磺酸鋰和聚氧乙烯二胺的摩爾比合成了不同鋰鹽含量的聚脲單離子電解質(zhì)系列I(PUI)。將合成的樣品采用溶液澆鑄法成功制膜,采用核磁共振,紅外光譜對(duì)合成樣品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,采用差熱掃描熱分析,熱失重,拉伸,交流阻抗等對(duì)其熱性能,力學(xué)性能和電導(dǎo)率等性能進(jìn)行了測(cè)試,分析鋰鹽含量對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能的影響。為了進(jìn)一步降低體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,提升電解質(zhì)的電導(dǎo)率,將PUI合成原料中分子量為1000的聚氧乙烯二胺分別換成分子量為2000的聚氧乙烯二胺和分子量為1000的聚乙二醇,合成聚脲電解質(zhì)系列II(PUII)和聚氨酯脲電解質(zhì)(PUU),對(duì)這兩個(gè)系列的電解質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試,并與PUI系列進(jìn)行對(duì)比分析結(jié)構(gòu)和性能的差異。測(cè)試結(jié)果顯示合成的三個(gè)系列的電解質(zhì)內(nèi)部都存在氫鍵的物理交聯(lián),并且形成了微相分離的兩相結(jié)構(gòu)。軟段相的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著鋰鹽含量的增加而上升,但是相對(duì)而言,PUII和PUU系列的軟段相玻璃化轉(zhuǎn)變溫度比PUI系列要低。室溫下的離子電導(dǎo)率隨著鋰鹽含量的上升,先上升后下降,PUI系列電解質(zhì)的最高室溫電導(dǎo)率為2.84×10-7S·cm-1,PUII和PUU系列電解質(zhì)的最高室溫電導(dǎo)率與PUI相比均有所提升,分別為5.81×10-7S·cm-1和1.81×10-6S·m-1。在254oC以下,合成的聚合物電解質(zhì)都具有良好的熱穩(wěn)定性,而且具有良好的力學(xué)性能,但是相對(duì)而言,PUI系列力學(xué)性能最強(qiáng),PUU系列最弱。
【圖文】：

止電池內(nèi)部短路。質(zhì)的導(dǎo)電機(jī)理的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有關(guān)離子遷移傳輸導(dǎo)電機(jī)理目前人們講的最多的聚合物導(dǎo)電機(jī)理模型主要散傳導(dǎo)機(jī)理、自由體積導(dǎo)電機(jī)理等。模型理論主要是針對(duì)離子在聚合物晶體中遷移子鏈會(huì)形成螺旋體孔道，陽(yáng)離子就在這種螺旋所示。陰離子主要存在孔道外，如果陽(yáng)離子受陽(yáng)離子的運(yùn)動(dòng)就會(huì)受到阻礙，導(dǎo)電性也隨之降rrhenius 方程（見(jiàn)下文的經(jīng)驗(yàn)公式）。聚合物動(dòng)提供通道，同時(shí)還會(huì)與金屬離子配位，不同離子鍵合位性質(zhì)等不同，形成的螺旋體孔道不子通過(guò)的速度也會(huì)不同。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文性質(zhì)，在這種狀態(tài)下離子在鏈段中的遷移是十分困難的，當(dāng)溫度高溫度時(shí)，聚合物物性發(fā)生改變，鏈段運(yùn)動(dòng)能力提高，離子在電場(chǎng)和共同作用下發(fā)生定向移動(dòng)。以 PEO 基聚合物電解質(zhì)為例，PEO 聚含有孤對(duì)電子的醚氧原子，而鋰離子有空軌道，因此鋰離子容易與氧原子形成配位結(jié)構(gòu)，在電場(chǎng)和 PEO 鏈段熱運(yùn)動(dòng)的作用下不斷的，實(shí)現(xiàn)鋰離子的遷移，具體鋰離子在聚合物基體中移動(dòng)的示意圖見(jiàn)在聚合物中的傳導(dǎo)，也可以簡(jiǎn)單的理解成鋰離子在液態(tài)有機(jī)溶劑中，不同是的是后者溶劑化的分子是可以隨著鋰離子一起在電場(chǎng)的作是聚合物鏈段卻只能夠在一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行鏈段的移動(dòng)和重排，，無(wú)法。在聚合物電解質(zhì)中，聚合物鏈段的運(yùn)動(dòng)能力對(duì)離子的傳導(dǎo)能力起，而聚合物鏈段的運(yùn)動(dòng)能力一般體現(xiàn)在聚合物基體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫不考慮內(nèi)部結(jié)晶的情況下，聚合物基體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越低，其力也越強(qiáng)，離子傳導(dǎo)也越容易實(shí)現(xiàn)，宏觀表現(xiàn)為電解質(zhì)體系離子電。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O631.23;TM912

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本文編號(hào)：2539131