环氧乙烷共聚物电解质的制备、结构和性能

【摘要】：目前锂离子电池以其电压高、比能量高、放电平稳等优势广泛应用于电子产品、航空军事等领域，然而液态电解质的安全性问题也逐渐备受关注，由于聚合物电解质具有高安全性、高体积利用率、设计灵活等优点，它已成为近些年众多学者的研究焦点，从已经商品化生产的锂聚合物电池来看，聚合物电解质仍存在室温电导率较低、使用寿命短、成本高、机械性能不好等问题。 本文首先对PEO/LiClO4/LCI（PPL）与PEO/PMMA/LiClO4/LCI（PPLL）共混体系进行对比研究，通过交流阻抗、红外光谱、热失重、差示扫描量热及扫描电镜能谱探讨了不同组分配比对电导率、热性能及微观结构的影响。然后结合共混体系所得结论，将聚环氧乙烷作为支链接枝到以PMMA为主体的五种嵌段共聚物主链，制备了PEO-PMMA（PP）、PEO-PMMA-AMPS（PPA）、PEO-PMMA-NMAAB（PPN）、PEO-PMMA-M1（PPM）、PEO-PMMA-AMPS-M1（PPAM）五种共聚物电解质，对不同聚合物电解质的电导率、热性能、微观结构进行性能研究。 研究结果表明， PLL、PPLL电解质醚氧键氧原子与锂离子发生配位；PPL共混电解质电导率随LCI含量的升高而逐渐下降， PPLL共混电解质电导率在LCI含量升高至1%时电导率达最大值3.16×10-4S/cm后迅速下降；LCI通过提高聚合物电解质各组分相容性，使PEO热分解峰降低，PMMA的热分解峰升高，同时使电解质的结晶度降低。LCI分子链刚性较强，在PLL体系中不利于锂离子的迁移；但可能由于偶氮基团、磺酸根的存在一定含量的LCI可以提高PPLL体系的电导率。 在PP、PPA（含磺酸基团）、PPN（含偶氮、磺酸基团）、PPM（含刚性分子链）、PPAM（含磺酸磺酸基团与刚性分子链）五种共聚物电解质中，红外光谱证明了五种共聚物的生成，PP、PPA、PPN电解质醚氧键氧原子与锂离子发生配位，M1嵌段抑制氧原子与锂离子的配位；交流阻抗结果表明，与PP电解质电导率相比，NMAAB嵌段的引入使电解质电导率升高至4.1×10-5S/cm，AMPS次之，而M1嵌段使电导率降低，继续增加AMPS嵌段后电导率升高；TGA结果表明，NMAAB、AMPS嵌段降低了PP嵌段的热分解温度，在保证具有较高热稳定性的情况下利于锂离子传输，M1嵌段则提高了PP嵌段热分解温度；电镜及偏光照片表明，NMAAB嵌段使电解质各组分（包括无纺布）之间相容性效果最好，AMPS次之，这与偶氮基团、磺酸基团密切相关。 【关键词】：聚环氧乙烷 共混 共聚 聚合物电解质
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O646
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 前言11-21
• 1.1 聚合物锂离子电池11-15
• 1.1.1 锂离子电池的特点及工作原理11-12
• 1.1.2 聚合物锂离子电池的特点12-13
• 1.1.3 聚合物锂离子电池的应用13-15
• 1.2 聚合物固体电解质15-19
• 1.2.1 聚合物电解质的导电机理15-16
• 1.2.2 聚合物电解质的发展16-19
• 1.3 课题的目的和意义19-21
• 1.3.1 本课题研究目的19-20
• 1.3.2 研究意义20-21
• 第二章 实验部分21-28
• 2.1 主要试剂21-22
• 2.2 主要仪器22
• 2.3 分析测试方法22-23
• 2.3.1 电性能测试22
• 2.3.2 红外光谱22
• 2.3.3 差示扫描量热22-23
• 2.3.4 TGA 分析23
• 2.3.5 表面形貌观察23
• 2.4 聚环氧乙烷共混聚合物电解质的制备23-24
• 2.4.1 PLL 与 PPLL 共混溶液的配制23-24
• 2.4.2 PPLL 共混聚合物固体电解质的制备24
• 2.5 聚环氧乙烷接枝共聚物固体电解质的制备24-28
• 2.5.1 PP 共聚物固体电解质的制备24-25
• 2.5.2 PPA 共聚物电解质的制备25
• 2.5.3 PPN 共聚物电解质的制备25-26
• 2.5.4 PPM 共聚物电解质的制备26-27
• 2.5.5 PPAM 共聚物电解质的制备27-28
• 第三章 结果与讨论28-70
• 3.1 聚环氧乙烷共混聚合物电解质体系28-55
• 3.1.1 红外光谱分析28-30
• 3.1.2 电性能分析30-36
• 3.1.3 热失重分析36-41
• 3.1.4 差示扫描量热分析41-43
• 3.1.5 偏光显微镜照片43-47
• 3.1.6 扫描电镜照片及能谱分析47-55
• 3.2 聚环氧乙烷接枝共聚物固体电解质的研究55-70
• 3.2.1 红外光谱分析55-59
• 3.2.2 交流阻抗分析59-61
• 3.2.3 离子迁移数分析61-62
• 3.2.4 热失重分析62-65
• 3.2.5 扫描电镜照片集能谱分析65-67
• 3.2.6 偏光显微镜照片67-70
• 第四章 结论70-71
• 参考文献71-74
• 在学研究成果74-75
• 致谢75

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