GMA-OE基固态聚合物电解质的研究

发布时间：2020-09-15 10:43

　　 电解质是锂离子电池的重要组成部分,对电池的性能有着非常重要的影响,传统有机液体电解质因为具有挥发性、易泄露、易燃等安全问题,对锂离子电池的发展造成了极大的障碍。而固态聚合物电解质具有较宽的电化学窗口且不存在漏液等问题,在学术界和工业界引起了极大的关注,因此有望成为液体电解质的良好替代品。本论文对甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)与甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯(OE)的共聚物作为锂离子电解质进行了研究,使用GPC、NMR、DSC、FT-IR等对聚合物的结构进行表征,使用电化学工作站对电解质膜的锂离子电导率、电化学稳定性窗口、锂离子迁移数进行分析测试,并使用电池测试系统对电解质膜和金属锂的兼容性进行评价。主要结果如下:(1)通过普通自由基聚合得到GMA与OE的无规共聚物PGO-60、PGO-70、PGO-80和PGO-90。根据NMR测试结果计算出聚合物的实际比例与投料比例非常接近,聚合较为理想,使用GPC测得聚合物的分子最在32.2 k～52.8 k之间,使用DSC测得聚合物的Tg随着LiClO4含最的增加而升高。电化学测试结果表明,当LiClO4含量为50 wt%时,室温条件下最大电导率为5.81×10-7 S/cm(PGO-90),50℃时最大电导率为2.08×10-5 S/cm(PGO-70),电化学稳定性窗口可达4.4V(PGO-60,PGO-90),PGO-60在室温下具有最大锂离子迁移数(tLi+)为0.549±0,054,所有电解质膜对金属锂均具有良好的兼容性。(2)在酸性条件下使PGO中的环氧基团水解,得到开环聚合物HPGO。NMR测试结果表明环氧基团的氢质子特征峰消失,FT-IR测试发现HPGO具有更强的-O-H伸缩振动峰,并且910 cm-1处与环氧基团相关的吸收峰有所减弱,表明环氧基团开环成功。使用DSC测得聚合物的Tg随着LiC1O4含量的增加而升高。电化学测试结果表明,当LiC104含量为30 wt%时,室温条件下最大电导率为2.26以10-6 S/cm(HPGO-70),50℃时最大电导率为2.71×10-5 S/cm(HPGO-60),HPGO-60在室温下具有最大tLi+=0.693±0.083,电化学稳定性窗口可达4.4 V(HPGO-90),所有电解质膜对金属锂均具有良好的兼容性。与PGO相比,HPGO的室温电导率以及锂离子迁移数有所提高,但是电化学稳定性窗口有略微的减小。(3)采用RAFT聚合制备了POE45-b-PGMA95、POE53-b-PGM46和POE45-b-PGMA46三种不同的嵌段聚合物。NMR测试结果确认了所有的聚合物化学结构,GPC测试结果表明聚合物的PDI分布在1.13～1.22之间,使用DSC测得聚合物的Tg随着LiC104含量的增加而升高。电化学测试结果表明,当LiC1O4含量为50 wt%时,室温条件下最大电导率为6.00×10-7 S/cm(POE53-b-PGM46),50 ℃时最大电导率为4.50× 10-6 S/cm(POE45-b-PGMA95),电化学稳定性窗口可达4.5 V(POE45-b-PGMA46),室温条件下POE45-b-PGMA95具有最大tLi+=0.695,相对于PGO与HPGO,嵌段聚合物的电化学稳定窗口有所提高,所有电解质膜对金属锂均具有良好的兼容性。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912
【部分图文】：

1 前言1 前言、现在还是未来，能源一直都是人类生存与发展的核心要以及性能稳定等优点，成为人们关注的焦点。电池可以分其中二次电池又可分为镍铬、镍氢、铅酸电池和锂电池等铬、铅酸、镍氢电池相比较，锂离子电池（LIBS）具有更在地球中储量较为丰富且成本较低，因此 LIBS 在电池领

晶生长的优点，因此制备性能优良的固态电解质对分类一种依靠离子传递电流的固态材料，主要可以分为。无机固态电解质包括晶体型电解质（如钙钛矿型、型电解质（如硫化物等[15]）、LiPON 型电解质（即在）、玻璃陶瓷电解质（如 LATP[18, 19]、LAGP[20]等）等、电化学窗口宽等优点，但是却存在制备过程复杂、而聚合物电解质具有足够的柔韧性，可以根据需要串联，使电池获得更高的输出电压，此外，聚合物电等诸多优势。

1-5 LiFePO4/CCPL/Li 电池不同倍率下的充放电曲线图nd discharge curves of LiFePO4/CCPL/Li battery at differPEO 中加入四甘醇二甲醚、光引发剂（MBP）和终获得了一种高度柔韧的 PEO 基电解质，该电可达 5V。Pan 等人[41]合成了具有网络结构的室温离子电导率约 1×10-5S/cm，并且还可以阻

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本文编号：2818860