论文部分内容阅读
全固态聚合物锂离子电池能够解决目前商业化液态电解质锂电池存在的漏液、爆炸等安全隐患,并且具有能量密度高、安全环保、热稳定性能优良、可设计剪裁等优势,成为锂离子电池发展的重要方向,引起了人们的广泛研究关注。本论文设计合成了一系列不同组成结构的聚合物,以其为基体,制备了不同结构的全固态聚合物电解质并对其性能进行了研究。 主要研究包括以下几个方面: 1.通过苯乙烯和对氯甲基苯乙烯的原子转移自由基-自缩合乙烯基聚合(ATR-SCVP),制备了超支化聚苯乙烯(HBPS),然后以其为大分子引发剂,通过连续引发甲基丙烯酸三氟乙酯(TFEMA)和甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(PEGMA),合成出以超支化聚苯乙烯为核、PTFEMA-b-PEGMA为臂的超支化星型聚合物。通过1H NMR、ATR-FTIR、GPC等测试对聚合物的结构进行了表征。将该聚合物与双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)复合,制备出全固态聚合物电解质。TGA测试结果表明,该聚合物电解质热分解温度为374.7℃,热稳定性能良好。交流阻抗测试结果表明,在30℃,该聚合物电解质的电导率可达2.36×10-5S cm-1,在80℃可达4.1×10-4S cm-1。线性扫描伏安法测试结果表明,电化学窗口高达4.9V,可见,该聚合物电解质具有良好的电化学稳定性。将AC阻抗法与DC极化法相结合,研究了锂离子迁移数,制备的聚合物电解质的锂离子迁移数为0.26。该电解质膜与电极组装成Li/SPE/LiFePO4半电池,在60℃,0.1C的倍率条件下最高放电容量可达147.2mAh g-1。 2.以AIBN为引发剂,通过自由基聚合方法,合成了无规线性聚合物PTFEMA-co-PPEGMA。通过1H NMR、ATR-FTIR、GPC等分析方法对聚合物的结构进行了表征。该无规线性聚合物与LiTFSI复合,制备了全固态聚合物电解质。TGA测试表明,该聚合物电解质的热分解温度Tonset为260.1℃,能够满足锂离子电池使用时对热稳定性的要求。交流阻抗测试结果表明,在30℃,该聚合物电解质的电导率可达1.71×10-5S cm-1,在80℃可达5.4×10-4S cm-1。该聚合物电解质有较宽的电化学窗口(4.9V),锂离子迁移数为0.22。组装成Li/SPE/LiFePO4半电池,在60℃,0.1C的倍率条件下进行测试,最高放电容量可达111mAh g-1。 3.利用纳米二氧化硅表面的羟基与巯基乙酸进行酯化反应,然后再与甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯进行点击化学,合成了改性纳米二氧化硅SiO2-PEGMA。通过1H NMR、FTIR等对其结构进行了表征。将线性无规聚合物PTFEMA-co-PPEGMA和LiTFSI复合,制备出复合型全固态聚合物电解质。TGA测试表明,复合后聚合物电解质的热稳定性提高,复合聚合物电解质的热分解温度Tonset可达367.1℃。交流阻抗测试结果表明,当改性纳米SiO2-PEGMA占聚合物基体50%时,30℃条件下,该复合聚合物电解质的电导率可达3.12×10-5S cm-1,在80℃可达2.43×10-4S cm-1。线性扫描伏安法测试结果表明,经复合后,聚合物电解质的电化学稳定性有了明显提升,其电化学窗口高达5.3V,锂离子迁移数为0.30。组装成Li/SPE/LiFePO4半电池,在60℃,0.1C的倍率下进行测试,最高放电容量可达132.4mAh g-1。