杂化聚丙烯腈系凝胶聚合物电解质的制备与性能研究

来源 :西南石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xcn1980
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
锂离子电池的广泛应用和快速发展对电解质的开发提出了更高的要求。聚丙烯腈(PAN)系凝胶聚合物电解质(GPE)作为研究最早的一类聚合物电解质,相比其他传统聚合物基体GPE具有更高的离子电导率。然而,PAN较高的结晶度对锂离子在GPE中的传输造成了一定阻碍,PAN基GPE与电极差的相容性也不容忽视,这些均影响了 GPE的相关电化学性能。向聚合物基体中添加无机纳米填料是有效改善电解质性能的一种措施,然而无机填料与有机聚合物基体间较差的相容性和分散性需要解决。本论文制备了一种分子内有机-无机杂化的三维笼型纳米粒子,即笼型聚倍半硅氧烷(POSS)。利用POSS有机端基基团较好的基体相容性和POSS良好的溶解性等特点,将POSS以物理掺杂和化学聚合两种方式引入到PAN系基体中,制备出POSS改性的杂化PAN系GPE,通过不同的表征手段研究了 POSS对体系性能产生的影响和产生作用的原因,结果如下:(1)以水解并脱水缩合的方式合成一侧角落端基为长链的POSS(MA-POSS),将MA-POSS与PAN物理掺杂制备PAN/MA-POSS基复合聚合物膜和GPE,对产物进行傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(H-NMR)、差示扫描量热分析(DSC)、热重量分析(TGA)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜分析(SEM)、吸液率、孔隙率和不同电化学性能表征,结果表明成功合成了具有良好热稳定性的MA-POSS,添加8 wt.%MA-POSS的PAN/MA-POSS复合膜孔隙结构显著,孔隙率和吸液率分别达到最高的79.7%和540.4 wt.%,结晶度被有效的降低了。含有8 wt.%MA-POSS掺杂的复合GPE获得最好的电化学性能:室温下离子电导率达到2.62×10-3S cm-1;离子传导方式符合典型的阿伦尼乌斯模型;锂离子迁移数为0.38;电化学稳定窗口宽度达到5.7V(vs.Li/Li+);GPE与电极的相容性良好;0.2 C下装配有PAN/MA-POSS复合GPE的LiFeP04电池的放电比容量为140 mAh g-1,循环80次后库伦效率为95%。(2)以丙烯腈(AN)和马来酸酐(MAH)为单体,采用溶液聚合合成具有良好成膜性的PAN系共聚物P(AN-MAH),将MA-POSS与P(AN-MAH)进行物理掺杂,制备P(AN-MAH)/MA-POSS基复合聚合物膜和GPE。采用FTIR、TGA、XRD、SEM和系列电化学表征手段对产物进行测试,结果表明成功合成了 P(AN-MAH)共聚物,含有5 wt.%MA-POSS的复合膜具有良好的孔隙结构,同时展现出最佳的孔隙率(69.9%)和吸液率(340.4 wt.%),且结晶度显著降低,相应的GPE表现出最优异的电化学性能:室温下离子电导率为2.51×10-3Scm-1;离子传导模型遵循阿伦尼乌斯行为;锂离子迁移数和电化学稳定窗口分别为0.53和5.6 V(vs.Li/Li+);电极与GPE间具有较小的界面阻抗;0.2 C下LiFePO4电池的放电比容量为147 mAh g-1。(3)以乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)为单体,采用脱水缩合合成八乙烯基POSS(OV-POSS),再以OV-POSS和AN为单体,通过溶液共聚合成PAN系共聚物P(AN-POSS),并以该共聚物为基体制备P(AN-POSS)基共聚物膜和GPE。对制备的产物进行表征,结果表明成功合成了热稳定性良好的OV-POSS和P(AN-POSS),POSS的共聚显著降低了基体的结晶度。聚合含量为8 wt.%的共聚物膜的孔隙率和吸液率最高,分别达到了 83.1%和471.7 wt.%。相应GPE在室温下离子电导率高达6.02×10-3 S cm-1;离子传导方式与阿伦尼乌斯模型一致;锂离子迁移数高达0.59;电化学稳定电压为5.7 V(vs.Li/Li+);电极电解质间具有良好的界面相容性;0.2 C下LiFePO4电池的放电比容量为148 mAh g-1,循环80次后保留了初始容量的93.7%。
其他文献
背景:乳腺癌严重的危害着女性的生命和身心健康,其死亡率居女性所有恶性肿瘤的首位,发病率是新发癌症的四分之一。在我国,乳腺癌的发病率逐年递增,国家癌症中心数据显示:2011
主要针对江苏省社区体育公共服务体系进行研究。指出江苏省社区体育公共服务体系构建中值得继续发扬的优势,并在江苏省社区体育公共服务体系存在的诸多问题的基础上,提出若干
1999年,中国民航全行业亏损1.84亿元,厦航实现利润2.2亿元。2000年,航油价格涨幅最大时高达68%,厦航依然实现利润1.1亿元,名列行业前茅,引起全行业的关注。民航总局发出了“
蛋白质是组成生物体的物质基础,是生物功能的体现者,生物体中的所有重要组成部分都需要蛋白质的参与。根据生物学界的共识,蛋白质的结构和功能是统一的,蛋白质的生物功能在很
气体放电管作为常见的浪涌防护器件在民用、军用有着非常广泛的应用。其性能的好坏直接影响电子设备和人身安全,因此对其响应性能的研究和寿命的评估至关重要。由于气体放电
为适应铁路商品汽车物流向现代物流转型发展,应重点做好铁路商品汽车物流统计工作。在阐述铁路商品汽车物流统计现状的基础上,针对目前存在的物流统计指标体系不健全、统计人
所有子式都是非正的实矩阵,称为完全非正矩阵.若一个矩阵的所有非平凡子式都是负的,则称为几乎严格完全负矩阵.若一个矩阵,它的逆是完全非正矩阵,则称此矩阵为逆完全非正矩阵
目的分析临床诊断胃肠道间质瘤(GIST)的方法,探析CT诊断与间质瘤分期的关系。方法对2010年10月-2012年2月到我院接受治疗的38例患者的检查资料及病理资料进行回顾性分析,并且
淡水资源在人们日常生活和社会生产中占据着重要位置,是除能源之外的另一项重要资源。伴随着科技的进步与发展,水资源被污染、破坏,同时伴随着急剧增长的人口,对淡水的需求量越来越大,因此,海水淡化技术凸显的越来越重要,与之相关的研究也越来越多。热法是相变海水淡化方法中最常见的一种,但若通过使用二次能源等来加热,则会极大地造成能源的浪费,并且从海水中获取纯净水的成本会非常高。本文采用太阳能驱动溴化锂第二类吸