PAMPS基锂离子聚合物电解质膜的制备及性能研究

发布时间：2020-04-10 05:28

【摘要】：聚合物电解质膜是决定锂离子电池性能的关键材料之一。当前聚合物电解质膜仍然存在一系列性能方面的不足,如传输过程中电导率过低、尺寸稳定性差、成膜性能差等,需要进一步改善。本文针对上述问题,以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为基础,利用磺酸基团的强离子活度与碳碳双键的聚合反应合成了一系列含有磺酸基团的共聚物,采用共混改性的方法对聚合物电解质膜进行改性,并通过共溶剂法、粘度法和EDS能谱分析对聚合物电解质膜的相容性进行考察,在此基础上进一步对聚合物电解质膜展开结构与性能的方面的研究,以此来实现聚合物电解质膜的性能优化。具体研究内容如下:含有磺酸基团和酰胺基团的聚合物具有良好的亲水性、导电性及热稳定性,但单一的聚合物组成的电解质膜成膜性能很差,而含有碳氟结构的聚合物可以进一步提高聚合物的机械性能及离子电导率。本文以过硫酸钾-亚硫酸氢钠为引发剂,水溶液为分散介质,利用溶液聚合法分别进行了2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)单体的自由基聚合和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基丙烯酸三氟乙酯(AMPS/TFEMA)的共聚,经过8h的反应分别得到浓度为20%的澄清透明呈粘稠状态的聚合物PAMPS溶液和呈蓝绿色粘稠的共聚物P(AMPS-TFEMA)溶液,经过纯化后,分别利用红外光谱、核磁共振、XRD和XPS表征了聚合物的结构,并对热稳定性进行了测试。实验表明,经过红外光谱与~1HNMR对共聚物特征峰的分析,以及XRD和XPS的进一步表征,发现AMPS单体、AMPS与TFEMA已经分别成功发生聚合反应,生成聚合物PAMPS和共聚物P(AMPS-TFEMA)。经过热重分析后发现,聚合物PAMPS和共聚物P(AMPS-TFEMA)均具有良好的热稳定性。通过共溶剂法、粘度法和EDS能谱分析法研究了聚合物PAMPS、P(AMPS-TFEMA)与PVDF的共混相容性。结果表明,通过共溶剂法与粘度法发现,PAMPS的比例为10%-40%时,PAMPS/PVDF中表现出良好的相容性;PAMPS-PEG中,PEG的含量为20-30%时,(PAMPS-PEG)/PVDF有良好的相容性;P(AMPS-TFEMA)的比例为10%-40%时,P(AMPS-TFEMA)/PVDF表现出良好的相容性。并通过EDS能谱分析进一步证实了共聚物与PVDF在一定配比内,相容性较好。利用浸没沉淀相转化法制备出P(AMPS-TFEMA)/PVDF、PAMPS/PVDF和(PAMPS-PEG)/PVDF共混膜。利用红外光谱和SEM对膜的表面结构进行了观察并对膜的性能进行了测试。结果发现,随着聚合物含量的增加,电解质膜呈现出膜孔较多且均匀完整。综合三种聚合物膜的性能发现,机械性能最强的膜为(PAMPS-PEG)/PVDF,所能承受的最大力为17.99N;P(AMPS-TFEMA)/PVDF膜的电导率为2.6×10~(-3) S.cm~(-1),电化学窗口为3.5V,P(AMPS-TFEMA)/PVDF共混膜热分解温度为350℃,溶胀比的变化为3.06%。
【图文】：

内蒙古工业大学硕士学位论文LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6至此，炭材料的引进及锂离子电池的商品化进一步证明了锂电池及锂离子电池体系的发展逐步成熟。1.1.2 锂离子电池的工作原理及优点锂离子电池主要由正极、负极、隔膜及电解液等几部分组成。其中正负极能够逆的嵌入与脱嵌锂离子的化合物，隔膜则为隔离电池正负极以免其发生短路，而解液主要是负责在正负极之间进行锂离子的传导。锂离子电池的充放电过程示意如图 1-1 所示：

1-1 化学凝胶网络的图解—a 化学交联，b 流苏胶束，c 物理凝胶网络igure1-1 The diagrammatic representation of a chemical gel network with junctints a, and physical gel networks having junction zones b and fringed micelles c胶电解质的获得一般分为两步。首先，将盐溶解在极性或离子液体中以产电溶液，然后加入惰性聚合物材料以此来赋予较好的机械稳定性。 通常，，物电解质都是双相系统。胶电解质最大的优点就是提高了离子电导率，但是提高离子电导率的同时电解质的机械性能，导致在使用的过程中，形态会随着外界压力的改变而一方面，凝胶电解质在使用过程中容易发生电解液泄露的问题。固态聚合物电解质合物的固体电解质因为它们可以作为柔性和保形膜加工，通常成本低，可好的机械性能等一系列的优点，现阶段被广泛的研究，大多数固体电解质以溶解或分散在水中，并且它们的分子结构通常包括离子或其他亲核基团[27]
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912;TB383.2

【参考文献】

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本文编号：2621816