凝胶态聚离子液体基（PDADMTFSI）电解质的制备及性能研究

发布时间：2020-06-20 10:17

【摘要】：随着我国经济以及电子制造业的高速发展,人们对锂二次电池等电化学器件的要求也越来越高。传统的电化学器件主要是以液态的有机碳酸酯类作为电解质,该种电解液具有易泄露、易燃烧、易爆炸和电池易老化鼓包等问题,并在安全性、产品容量和循环寿命等方面都存在着不可克服的缺点。聚合物固态电解质由于不存在有机电解液中出现的上述问题,近年来受到研究者的广泛关注,并逐渐发展成为行业的趋势。但是,聚合物固态电解质目前普遍存在离子电导率较低,远低于10-3 S/cm,以及电化学稳定窗口小等问题,因此目前聚合物电解质还未能进行大规模的工业推广。针对聚合物固态电解质目前普遍存在的离子电导率较低的现状,提出采用新型聚合物离子液体(PDADMTFSI)作为聚合物电解质薄膜的基体。通过在聚合物基体中加入不同含量的Li TFSI盐制备出全固态聚合物电解质薄膜。实验结果表明,当Li TFSI盐含量从0%,5%,10%,15%,20%增加时,聚合物电解质薄膜的离子电导率呈数量级增加。并且当Li TFSI含量为20%时,聚合物电解质薄膜的离子电导率达到最大值,为1.33×10-3 S/cm,此时该聚合物电解质薄膜的电化学稳定窗口达到6 V。针对全固态聚合物电解质薄膜的离子导电性能仍然较低且柔性较差,提出采用与聚合物基体阴离子相同的EMITFSI离子液体作为全固态聚合物电解质薄膜的增塑剂。增塑剂的加入能够改变聚合物的内部结构,使得聚合物电解质薄膜内部更加酥松,更易于离子的迁移。离子液体由于其自身是室温熔融盐,容易浸渍在聚合物基体酥松的结构中,加上离子液体自身具有良好的导电性,因此离子液体的加入能够提高聚合物电解质薄膜的离子电导率。由于锂离子聚合物电解质薄膜普遍存在电导率性能不稳定的现象,因此本实验中采用0%EMITFSI(即20%Li TFSI)聚合物电解质薄膜作为实验的对照,实验结果表明,当EMITFSI含量为30%时,聚合物电解薄膜的离子电导率比0%EMITFSI的增加了10倍,并且当离子液体含量继续增加到40%和50%时,聚合物电解质薄膜的离子电导率继续增加,阻抗谱高频区半圆形消失,低频区显示为一条直线。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2;O645.1
【图文】：

种类结构,离子液体,阴阳离子,三氟甲基

体（IL）是具有低熔点（<100°C）的有机盐，是完全由的低熔点盐类物质，又称室温熔融盐[10,11]。离子液，由于其化学性质稳定、不易燃、不蒸发、热稳定性点[12,13]，正广泛地被研究。离子液体作为一种室温液泛用在催化、电化学、分析化学以及有机合成等方面保溶材料和柔性材料的应用方面，由于其独特的物理的广泛关注[14,15]。离子液体还具有较宽的温度范围）[16]，可用于改善聚合物电解质薄膜的电化学性能，中以双三氟甲基磺酰亚胺根（TFSI-）作为阴离子的akoto Ue 等[18]制备了 1-丁基-3-甲基咪唑（EMIF）2. 时获得了 3×10-4S/cm 的高离子电导率；R.-S. Kühn-丙基吡咯双三氟甲基磺酰亚胺（PYR14TFSI）与有机 40°C 下测得其电导率为 5×10-4S/cm。

示意图,聚合物电解质,迁移过程,离子

极界面的稳定兼容性等问题[31]。物固态电解质固态电解质是聚合物锂离子电池等电化学离子器件的组极之间起着输送离子以及充当隔膜的作用，在一定程度质的好坏是获得高比能量和功率密度、长循环寿命和优二次电池的关键。图 1-2 所示是聚合物固态电解质体系示意图。综合现在的研究来看，聚合物固态电解质目前高聚合物电解质的离子电导率和电化学稳定窗口等性能的科学家、学者们都对聚合物电解质进行了大量研究。日本相比，我国研究者对聚合物电解质的研发开始的比入也比较少[21]。近几年来，随着对聚合物电解质薄膜的设备逐渐改善等因素，我国在聚合物电解质薄膜的制备并取得了较为不错的成果[32]。然而从总体上看，国内对研究还只是小范围的水平的研究，还没有涉及到聚合物题，与国外相比仍然有较大的差距[33]。

【参考文献】