本文關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)可調(diào)復(fù)合型鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)的制備和性能研究

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【摘要】：本論文設(shè)計(jì)合成了一類含有丙烯酸酯、乙二氧基和磷酸酯結(jié)構(gòu)片段的結(jié)構(gòu)可調(diào)烯基磷酸酯類單體,這類單體具有丙烯酸酯良好的聚合能力、乙二氧基的可調(diào)柔性和磷酸酯的阻燃性能的優(yōu)點(diǎn),是合成鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)聚合物主體良好的單體。利用1H NMR、13C NMR、31P NMR、HR-MS和FT-IR對(duì)烯基磷酸酯類單體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。利用溶液聚合反應(yīng),探究該烯基磷酸酯類單體的均聚反應(yīng)和共聚反應(yīng),并利用1H NMR、31P NMR、GPC對(duì)聚合物的結(jié)構(gòu)和分子量進(jìn)行了表征,結(jié)果表明該類烯基磷酸酯類單體具有較好的自聚和共聚能力。通過(guò)TGA和DSC對(duì)聚合物的熱穩(wěn)定性進(jìn)行表征,結(jié)果表明該類聚合物具有較好的熱穩(wěn)定性。在自由基引發(fā)劑存在的條件下,烯基磷酸酯類單體、共聚單體、交聯(lián)劑和鋰離子電解液通過(guò)優(yōu)化的現(xiàn)場(chǎng)熱聚合法合成了一系列交聯(lián)共聚的凝膠聚合物電解質(zhì)。研究了當(dāng)共聚單體不同時(shí),凝膠聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率的變化,并結(jié)合其形狀、機(jī)械性能等,挑選出性能最佳的凝膠聚合物電解質(zhì)體系。研究了添加納米SiO2粒子對(duì)凝膠電解質(zhì)電導(dǎo)率和機(jī)械性能的影響,得出了添加SiO2納米粒子的量為1.5 wt%(占單體和交聯(lián)劑總質(zhì)量)時(shí)制得的凝膠電解質(zhì)具有優(yōu)異的性能。利用掃描電鏡對(duì)聚合物電解質(zhì)的內(nèi)部形態(tài)進(jìn)行表征,得出其內(nèi)部是疏松多孔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),這一結(jié)構(gòu)為鋰離子的傳輸提供了較好的通道,解釋了其高電導(dǎo)率的特點(diǎn)。利用燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)試了電解液中添加不同量的烯基磷酸酯類單體的自熄時(shí)間和火焰?zhèn)鬟f速率,證明了此類單體具有較好的阻燃性能。將該單體作為阻燃劑添加到鋰離子電解液中并組裝了LiFe PO4電解液(添加單體)Li CR2016扣式電池,通過(guò)測(cè)試其充放電循環(huán)曲線,證明該類單體具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性并且同正極材料LiFe PO4有較好的兼容性。組裝了LiFe PO4凝膠電解質(zhì)(GPE)Li CR2016扣式電池并測(cè)試了其充放電循環(huán)曲線,該電池具有良好的電化學(xué)性能,證明了該凝膠電解質(zhì)可很好的應(yīng)用于鋰離子電池并提高鋰離子電池的安全性能。
【關(guān)鍵詞】：結(jié)構(gòu)可調(diào) 烯基磷酸酯 復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì) 高電導(dǎo)率 阻燃性 鋰離子電池
【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】：2016
【分類號(hào)】：O631;TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 前言11-25
• 1.1 鋰離子電池概述11-14
• 1.1.1 鋰離子電池的發(fā)展11-12
• 1.1.2 鋰離子電池的組成及工作原理12-13
• 1.1.3 聚合物鋰離子電池簡(jiǎn)介13-14
• 1.2 鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)概述14-20
• 1.2.1 凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)的組成及分類14-18
• 1.2.1.1 聚氧化乙烯(PEO)類15-16
• 1.2.1.2 聚丙烯腈(PAN)類16
• 1.2.1.3 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)類16-17
• 1.2.1.4 聚偏氟乙烯(PVDF)類17-18
• 1.2.2 凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法18-20
• 1.2.2.1 溶液澆鑄法18
• 1.2.2.2 微孔聚合物隔膜法18-19
• 1.2.2.3 現(xiàn)場(chǎng)聚合法19-20
• 1.3 含磷化合物在鋰離子電池電解質(zhì)方面的應(yīng)用20-23
• 1.3.1 含磷阻燃劑在鋰離子電池電解質(zhì)方面的應(yīng)用20-21
• 1.3.2 含磷聚合物在鋰離子電池電解質(zhì)方面的應(yīng)用21-23
• 1.4 本論文設(shè)計(jì)思路23-25
• 第二章 單體、聚合物的合成與表征25-43
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑、儀器及聚合單體預(yù)處理25-27
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器25-26
• 2.1.2 聚合單體的純化處理26-27
• 2.1.2.1 交聯(lián)劑三乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDMA)的純化26
• 2.1.2.2 引發(fā)劑偶氮二異丁腈(AIBN)的純化26
• 2.1.2.3 丙烯酸酯類單體的純化26-27
• 2.2 烯基磷酸酯類單體的合成與表征27-34
• 2.2.1 氯磷酸二烷基酯的合成27
• 2.2.2 (丙烯酰二乙氧基)/(丙烯酰三乙氧基)烷基磷酸酯合成及表征27-33
• 2.2.2.1 丙烯酰氯的合成27-28
• 2.2.2.2 二/三乙二醇單丙烯酸酯的合成28-29
• 2.2.2.3 (丙烯酰二乙氧基)/(丙烯酰三乙氧基)烷基磷酸酯的合成29-33
• 2.2.3 (丙烯酰氧乙基)/(2-甲基丙烯酰氧乙基)烷基磷酸酯合成33-34
• 2.2.4 烯丙基、丁烯基膦酸二乙酯的合成34
• 2.3 聚合物的合成及其性能分析34-38
• 2.3.1 烯基磷酸酯單體的均聚及表征35-36
• 2.3.2 烯基磷酸酯單體與丙烯酸酯的共聚及表征36-38
• 2.4 聚合物的熱穩(wěn)定性分析38-42
• 2.4.1 熱重分析樣品的制備38
• 2.4.2 熱重樣品的分析38-42
• 2.5 本章小結(jié)42-43
• 第三章 烯基磷酸酯凝膠電解質(zhì)的制備及其電導(dǎo)率的研究43-57
• 3.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器43-44
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑43
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器43-44
• 3.2 凝膠電解質(zhì)的制備及制備條件的優(yōu)化44-48
• 3.2.1 凝膠電解質(zhì)的制備44
• 3.2.2 凝膠電解質(zhì)制備條件的優(yōu)化44-48
• 3.2.2.1 電解液添加量的選擇44-45
• 3.2.2.2 引發(fā)劑和溫度的選擇45-46
• 3.2.2.3 交聯(lián)劑及其用量的選擇46-48
• 3.3 烯基磷酸酯類體系凝膠電解質(zhì)電導(dǎo)率的研究48-55
• 3.3.1 烯基磷酸酯-交聯(lián)劑二元體系48-50
• 3.3.2 烯基磷酸酯-共聚單體-交聯(lián)劑三元體系50-52
• 3.3.2.1 ATEDBP-丙烯酸酯單體-交聯(lián)劑三元體系50-51
• 3.3.2.1 ATEDBP-磷酸酯單體-交聯(lián)劑三元體系51-52
• 3.3.3 摻雜納米粒子對(duì)三元體系凝膠性能的影響52-55
• 3.3.3.1 納米粒子摻雜量的初步探索52-54
• 3.3.3.2 最佳SiO2納米粒子添加量的研究54-55
• 3.4 本章小結(jié)55-57
• 第四章 烯基磷酸酯類系列凝膠電解質(zhì)相關(guān)性能的研究57-66
• 4.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器57
• 4.2 凝膠電解質(zhì)的掃描電鏡(SEM)分析57-59
• 4.2.1 掃描電鏡樣品的制備57-58
• 4.2.2 聚合物的微觀結(jié)構(gòu)分析58-59
• 4.3 電解液添加單體ATEDBP體系的燃燒實(shí)驗(yàn)59-62
• 4.3.1 電解液添加單體ATEDBP體系自熄時(shí)間的測(cè)定59-60
• 4.3.2 ATEDBP不同添加量對(duì)火焰?zhèn)鬟f速率的影響60-62
• 4.4 組裝電池實(shí)驗(yàn)62-65
• 4.4.1 添加ATEDBP電解液的電池性能62-63
• 4.4.2 凝膠聚合物電解質(zhì)電池的性能63-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 本論文小結(jié)66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 附錄73-97
• 碩士期間發(fā)表的論文97-98
• 致謝98

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本文編號(hào)：942066