【摘要】：本世紀(jì),電化學(xué)儲(chǔ)能問題是人類面臨的重要社會(huì)挑戰(zhàn)之一。高能環(huán)保型鋰離子電池具有循環(huán)壽命長、比能量大、工作電壓高、可快速充放電和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用在筆記本電腦、手機(jī)、汽車、醫(yī)療設(shè)備和航空等領(lǐng)域。電解質(zhì)作為電池重要的組成部分,能夠直接影響鋰離子電池電化學(xué)性能。傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)是將鋰鹽溶解在非質(zhì)子的極性有機(jī)溶劑中。這類電解質(zhì)沸點(diǎn)高、電化學(xué)穩(wěn)定性好,而且能夠在較寬溫度范圍內(nèi)使用,但它卻存在不可忽視的安全隱患,例如對(duì)水敏感、易泄漏、易燃、易分解甚至?xí)l(fā)生爆炸。由于電池中的隔膜作為離子的傳導(dǎo)介質(zhì)需要浸泡在液體電解質(zhì)中,而隔膜上的孔洞為陰極和陽極之間連接通路的形成提供了可能,因此電池在充、放電過程中會(huì)形成鋰枝晶,從而導(dǎo)致電池短路。近年來,發(fā)展聚合物電解質(zhì)替代液體電解質(zhì)引起人們極大的興趣。聚合物電解質(zhì)能夠有效抑制鋰枝晶生長和增強(qiáng)電池安全性能。大部分的聚合物電解質(zhì)都是雙離子導(dǎo)體型聚合物,在電場中這種聚合物的陰離子和陽離子同時(shí)運(yùn)動(dòng),當(dāng)鋰離子在陰極上沉積或插入時(shí),陰離子移向并集聚在陽極,形成濃度梯度,這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)濃度極化現(xiàn)象和鋰離子遷移數(shù)減少,意味著電池真實(shí)離子電導(dǎo)率低于電化學(xué)阻抗譜圖的數(shù)據(jù)計(jì)算值。大多數(shù)雙離子導(dǎo)體電解質(zhì)的鋰離子遷移數(shù)很低(0.3～0.5)。為了提高電池離子電導(dǎo)率、輸出功率和降低極化損耗,開發(fā)新型鋰單離子導(dǎo)體聚合物電解質(zhì)(SIPE)具有重要的意義。通常在SIPE中陰離子被固定或者被限制移動(dòng),使鋰離子的遷移數(shù)接近于1。與普通的化學(xué)共聚方法相比,輻射接枝技術(shù)是方便的、易于控制的。只需要調(diào)整化合物的組成、性質(zhì)和反應(yīng)參數(shù),我們將得到適合于特定應(yīng)用系統(tǒng)的聚合物結(jié)構(gòu),即使是高度不相容的單體間仍然能發(fā)生共聚。輻射接枝反應(yīng)是由高能射線引發(fā),反應(yīng)過程中不需要額外添加引發(fā)劑,簡化了后續(xù)提純工藝,得到十分純凈的共聚物。本實(shí)驗(yàn)引入預(yù)輻射接枝技術(shù),實(shí)現(xiàn)將陰離子固定在聚合物主鏈上,制備了兩種新型預(yù)輻射接枝共聚SIPE:(1)選用聚偏氟乙烯(PVDF)粉末作為基底材料,高能射線對(duì)其進(jìn)行預(yù)輻照,隨后接枝上甲基丙烯酸六氟丁酯(HFMA)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸鋰(AMPSLi)兩種單體。PVDF是最常用聚合物電解質(zhì)基材之一,它具有成膜性能好,介電常數(shù)高,玻璃轉(zhuǎn)變溫度低等優(yōu)點(diǎn)。但PVDF與鋰鹽的相容性差,自身結(jié)晶度高,因此PVDF基聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率低,這限制了它在鋰離子電池中的廣泛應(yīng)用。HFMA單體上含O和F路易斯堿官能團(tuán),有利于鋰鹽溶劑化和去溶劑化,提高鋰離子的傳輸能力。AMPSLi單體作為鋰源接枝在PVDF基底上,AMPSLi單體上磺酸基團(tuán)陰離子的固定,使鋰離子成為唯一可以自由移動(dòng)的基團(tuán),制備的聚合電解質(zhì)的鋰離子遷移數(shù)接近于1。采用核磁共振譜(NMR)、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)等技術(shù)對(duì)聚合物進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)、晶體形態(tài)和膜形態(tài)表征,驗(yàn)證了所制備聚合物的結(jié)構(gòu)與理想設(shè)計(jì)一致。制備的聚合物電解質(zhì)膜表現(xiàn)出了優(yōu)異的綜合性能,其力學(xué)性能表現(xiàn)為72%的斷裂延伸率和28 MPa的抗拉強(qiáng)度,室溫下離子電導(dǎo)率能夠達(dá)到10-5 S cm-1,鋰離子遷移數(shù)高達(dá)0.93,并且具有穩(wěn)定的電化學(xué)氧化電壓4.4VvsLi/Li+。除了上述優(yōu)秀性能外,裝配的聚合物電解質(zhì)扣式電池的室溫充、放電循環(huán)性能穩(wěn)定。(2)當(dāng)偏氟乙烯(HFP)與PVDF形成共聚物PVDF-HFP,在保持PVDF優(yōu)良耐熱性、韌性和高介電常數(shù)等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),降低了基材的結(jié)晶度�；臒o定形區(qū)域的增加對(duì)增強(qiáng)聚合物電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性是有利的。本實(shí)驗(yàn)選取PVDF-HFP粉末作為聚合物基材,高能射線預(yù)輻照后,接枝上AMPS鋰源,制備了一種基于PVDF-HFP新型單離子聚合物電解質(zhì)。利用FTIR分析方法對(duì)得到的接枝共聚物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。利用離子交換容量、掃描電鏡和能量散射光譜(EDS)分析技術(shù)對(duì)接枝聚合物膜上的元素進(jìn)行了定性和定量分析。隨后測定了 SIPE膜的離子電導(dǎo)率、電化學(xué)窗口和電池充、放電循環(huán)性能。
【圖文】：

要在凝膠聚合物中加入交聯(lián)劑。逡逑按照導(dǎo)電離子分類，聚合物電解質(zhì)又可以分為單離子導(dǎo)體聚合物電解質(zhì)和逡逑雙導(dǎo)體離子聚合物電解質(zhì)。圖１．５為雙離子導(dǎo)體和單離子導(dǎo)體聚合物電解質(zhì)結(jié)逡逑構(gòu)圖。逡逑迪過，

本文編號(hào)：2643633