含硼类锂盐聚合物（PVDF-HFP）电解质膜的制备和改性

发布时间：2017-03-17 21:07

  本文关键词：含硼类锂盐聚合物（PVDF-HFP）电解质膜的制备和改性，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着生活水平的提高,人们在生产和生活中对于锂离子电池的需求不断增长。锂离子电池具有高质量比能量,高输出电压,工作温度宽,安全无电解液泄露,无记忆效应和外形设计灵活等优点,本论文目标在于研究制备新型高性能的聚合物电解质,提高其离子电导率和热力学性能。主要研究以下几个方面：首先通过倒相法制备PVDF-HFP基聚合物电解质,添加PEO对其进行改性,研究了添加不同质量比的PEO对聚合物电解质性能的影响。使用扫描电镜,孔隙率分析研究了微孔膜的微孔结构,利用X射线衍射分析了微孔膜的结晶度,通过差示量热扫描研究了微孔膜的热力学性能。微孔膜吸取电解液凝胶化后制得聚合物电解质。使用交流阻抗仪获得交流阻抗谱,通过计算得到离子电导率。实验得出,当PEO质量含量为40%时,制得电解质膜的孔穴最丰富,非晶度最高,所以室温下对液体电解液1mol/L LiClO4的EC/PC(体积比1：1)具有最高的吸液率(209%)和离子电导率(5.74×10-3S·cm-1)。其次研究了添加纳米粒子SiO2制备的PVDF-HFP/PEO基聚合物电解质膜的性能,通过SEM和XRD测试结果显示,SiO2的加入不影响聚合物电解质膜的微孔结构反而使其微孔变密,纳米粒子的添加同样不影响聚合物电解质的晶体结构,其仍然保持非晶态。通过计算吸液率的大小,可知当SiO2的含量为4%时,吸液率达到最大275%。室温下吸取电解液凝胶化后制得聚合物电解质的离子电导率为5.94×10-3 S·cm-1。测试表明,所制得的聚合物电解质的性能得到了良好的改善。最后研究了浸泡不同液体电解液对聚合物电解质的电化学性能影响。锂盐是聚合物电解质中的重要组成部分,在充放电过程中,锂盐通过解离产生锂离子和阴离子,二者朝着相反的方向移动。但是由于锂离子电荷密度较大,移动过程中速度较慢,而阴离子迁移较快,这样就会使锂离子迁移数过低,导致电解质盐出现浓差极化。浓差极化的出现将会产生与外加电场相反的极化电压。减弱离子的迁移,降低电池的使用效率和寿命。本文以锂硼盐为研究对象,经研究发现其分子结构多为硼离子与烷氧基,邻二酚,羧酸及1、2-二羧酸配位形成含有大∏键的阴离子配合物,配体中的吸电子基团越多,阴离子就越稳定,阴阳离子的浓度差越小。通过量子化学理论计算作为指导,合成了二-邻苯二酚螯合锂盐(LBBB),二-乙二酸螯合硼锂盐(LiBOB)。同时应用红外光谱(IR)对其进行表征。研究了浸泡四种电解液的凝胶聚合物电解质的室温电导率,分别是LiClO4,LiPF4,LiBOB和LBBB以及电导率随温度的变化关系,结果显示四种电解液的电导率关系为LiClO4LiPF4LiBOBLBBB且离子电导率与温度关系均复合Arrhenius方程。
【关键词】：聚合物电解质 聚偏氟乙烯-六氟丙烯 离子电导率 改性
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631;TM912
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章：绪论9-37
• 1.1：前言9
• 1.2：锂离子电池简介9-11
• 1.2.1： 锂离子电池的发展历史9-11
• 1.2.2：聚合物锂离子电池的特点11
• 1.3：聚合物电解质11-15
• 1.3.1：聚合物电解质的发展历史11-13
• 1.3.2：聚合物电解质的优点13-14
• 1.3.3：聚合物电解质的要求14-15
• 1.4：聚合物电解质的15-24
• 1.4.1：全固态聚合物电解质15-18
• 1.4.2：凝胶聚合物电解质18-22
• 1.4.3：复合型聚合物电解质22-24
• 1.5 选题的意义以及主要研究内容24-26
• 1.5.1：选题的意义24-25
• 1.5.2：主要研究内容25-26
• 参考文献26-37
• 第二章：PEO对PVDF-HFP基聚合物电解质的性能影响37-49
• 2.1 实验试剂与样品制备38
• 2.1.1 实验试剂38
• 2.1.2 样品制备38
• 2.2：聚合物电解质的性能测试38-46
• 2.2.1 聚合物膜的微观形貌测试(SEM)38-40
• 2.2.2 聚合物膜的吸液率测试40-41
• 2.2.3 PEO含量对聚合物电解质膜离子电导率的影响41-44
• 2.2.4 聚合物膜的热分析(DSC-TG)44-45
• 2.2.5 聚合物膜的X射线衍射分析(XRD)45-46
• 2.3：本章小结46-47
• 参考文献47-49
• 第三章：纳米粒子SiO_2对PVDF-HFP/PEO基聚合物电解质的性能影响49-60
• 3.1 实验试剂与样品制备50-51
• 2.1.1 实验试剂50
• 2.1.2 样品制备50-51
• 3.2：聚合物电解质的性能测试51-57
• 3.2.1 聚合物膜的微观形貌测试(SEM)51-52
• 3.2.2 聚合物膜的吸液率测试52-53
• 3.2.3 SiO_2含量对聚合物电解质膜离子电导率的影响53-55
• 3.2.4 聚合物膜的热分析(DSC-TG)55-57
• 3.2.5 聚合物膜的X射线衍射分析(XRD)57
• 3.3：本章小结57-59
• 参考文献59-60
• 第四章：含硼类锂盐对PVDF-HFP基聚合物电解质电化学性能的影响60-72
• 4.1：实验试剂及样品制备61-63
• 4.1.1 实验试剂61
• 4.1.2 样品制备61-63
• 4.2 结果与讨论63-69
• 4.2.1 红外表征63-66
• 4.2.2 电解液对聚合物电解质电化学性能的影响66-69
• 4.3：本章小结69-70
• 参考文献70-72
• 第五章：总结与展望72-74
• 5.1：总结72-73
• 5.2：展望73-74
• 致谢74-75
• 硕士期间已完成的论文及申请的专利75

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