基于PVDF-HFP复合聚合物电解质的性能研究

发布时间：2020-09-11 16:08

　　聚合物锂离子电池不仅具有锂离子电池的各种优点,同时还具有安全性能高,形状可控,质量轻等独特的优点。凝胶聚合物电解质作为聚合物锂离子电池的重要组成部分,吸引了很多研究者的目光,以期制备出综合性能优异的聚合物电解质。本文以PVDF-HFP作为聚合物电解质的基体,利用旋涂法制备电解质。通过在体系中加入离子液体、无机填料等,研究离子液体增塑剂的含量以及无机填料的用量对电解质结构和性能的影响,以期制备出高性能的聚合物电解质。论文的研究内容主要分为以下两个部分:(一)基于PVDF-HFP、EMIM TFSI(IL)和LiTFSI的凝胶聚合物电解质的制备及性能研究。以PVDF-HFP、IL和LiTFSI制备出凝胶聚合物电解质。系统研究了IL和PVDF-HFP的比例对电解质的结构和性能的影响。研究表明随着IL含量的增加,体系结晶度大幅度下降,热分解温度升高。此外,电化学测试表明,IL的加入能显著提高GPEs的离子电导率和锂离子迁移数,特别是,3P/5E/2L电解质在30℃下的电导率为2.0×10~(-3)S cm~(-1),锂离子转移数为0.53,电化学窗口为5 V。基于其的LiFePO_4/GPE/Li电池具有99%以上的库伦效率,在0.1C下循环50次后,容量保持率约为86%。同时电解质表现出优异的倍率性能。(二)基于PVDF-HFP、EMIM TFSI(IL)、LiTFSI和rGO-NH_2的凝胶聚合物电解质的制备及性能研究。以PVDF-HFP、IL、LiTFSI和rGO-NH_2制备凝胶聚合物电解质,并通过XRD、TGA和电化学工作站等测试方法进行测试分析,研究rGO-NH_2的用量对电解质性能的影响。结果表明,rGO-NH_2的加入降低了电解质的结晶度,提高了热分解温度。同时IL和rGO-NH_2的加入提高了GPEs的离子电导率,样品3P/5E/2LG-10在30℃时的离子电导率为2.1×10~(-3)S cm-1,电化学稳定窗口为4.9V,锂离子迁移数为0.56,电池测试结果表明,以该电解质组装的电池具有优异的循环性能和倍率性能。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912
【部分图文】：

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第一章绪论解质概述锂离子电池工作原理and 在 1978 年首次将 PEO/Li+固体聚合物电解质应于其优越的性能如形状多样性、安全性、灵活性、-18]。虽然固态聚合物电解(SPEs)的安全性能和可靠子电导率较低、电池性能差，基于 SPEs 的锂离子一步研究[19]。为了满足电解质的使用性能，使其能中加入低分子量的增塑剂（离子液体增塑剂，有机电解质。凝胶聚合物电解质体系中，电解质的使用体的结晶度得到了抑制，非晶部分增加，可以显著率[20]。

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图 1.4 石墨烯及氧化石墨烯的结构示意图Fig 1.4 The structural diagrams of graphene and graphene oxide1.6 本文的研究内容与目标1.6.1 本文研究内容现在，锂离子电池以优异的性能，受到越来越广泛的研究和商业应用。电质在锂离子电池的发挥着重要的作用，吸引了很多研究者的目光。聚合物电解因其安全性能高，形状灵活，质量轻等优异的性能而备受关注。此外，相对于统的液态电解液，聚合物电解质具有较高的安全性，形状可控，抑制树枝状枝的生长等优点，因此聚合物电解质受到了越来越多的关注。本文将离子液体或GO 加入到聚合物基体中制备出电解质，探索离子液体或者 GO 对 PVDF-HFP 结性能，热稳定性及电池性能响，通过 X 射线衍射光谱(XRD)，热重分析仪(TGA表征离子液体、GO 以对 PVDF-HFP 结晶和热稳定性的影响，通过电化学工作站究对离子电导率、锂离子迁移数和氧化还原能力的影响，明确离子液体、GO 的量对电解质的作用。综上所述，本研究内容可以总结为以下两个方面：

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第二章离子液体含量对 PVDF-HFP 凝胶聚合物电解质性能影响示，当在聚合物 PVDF-HFP 中加入 IL 时，除了在 2 =20.1 和他的衍射峰均消失。此外，随着 IL 含量的增加，2 =20.1 和，甚至消失。这是因为 IL 的加入起到了增塑剂作用，打乱了，使无定形区增加[70]。凝胶聚合物电解质中的非晶区域有利于的加入也能促进聚合物的链段运动，从而提高凝胶聚合物电解

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