通过固体核磁共振研究环糊精—高分子/锂盐固体聚合物电解质的离子导电机制

发布时间：2021-01-15 21:31

　　固体聚合物电解质相比于传统电解质具有多种优越的性能,如能量密度高、可抑制锂金属枝晶生长、易于加工成型等,因此一直是固体电解质材料研究的热点。本文首先利用环糊精（CD）与聚氧乙烯（PEO）可以通过自组装形成管道状聚轮烷结构的性质,成功制备了几类具有较高室温电导率的环糊精-聚氧乙烯/锂盐固体电解质,然后利用一系列固体核磁共振方法,研究分析了材料中锂离子和高分子的运动能力,深入探讨了其离子导电机制以及组装成全固态锂金属电池的可行性。全文的主要研究内容（按章节顺序）如下:（1）第二章工作主要发展了一系列可以用于研究固体电解质中锂离子化学环境以及空间分布的固体核磁共振方法。本章中利用这些方法对一个具体的体系,即β-CD-PEO_n/Li⁺固体电解质中锂离子的化学环境以及空间分布进行了研究,并在此基础上对管道中高分子链运动、锂离子运动和材料导电机制进行了研究和探讨。固体核磁共振结果清晰地表明,在该材料中锂离子主要处于两种不同的化学环境中,分别为被分子链所络合的锂离子以及被环糊精所络合的锂离子;分子链所络合的锂离子具有更高的空间密度以及更强的运动能力,而环糊... 

【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

几种不同结晶型无机固体电解质材料的晶体结构示意图

精-聚氧乙烯/锂盐固体聚合物电解质以上两种导电机理的理解，本课题组在前期的工作中成功合物固体电解质 α-CD-PEO/Li+[40]。环糊精是由多个葡萄低聚糖[41,42]，具有圆孔状腔体结构。多羟基的分布导致了面亲水，因此可以与很多有机或无机小分子通过自组装形成现α-CD可以与PEO自组装形成管道状聚轮烷结构[43]，在穿插在 PEO 分子链上，形成圆筒状的管道结晶结构，PE所形成的管道内部。在该体系中混入锂盐，锂离子会与 进入到环糊精管道内部，而阴离子由于空间位阻的影响，管道之间的空隙中，其结构如图 1-3 所示。

1.5.2 本文所用到的核磁共振方法介绍1 魔角旋转（Magic-Angel Spining, MAS）液体核磁共振中由于样品存在很强的布朗运动，使得多种相互作用被平均，只保留下化学位移各向同性以及 J 耦合，因此谱图呈现出很高的分辨率。而在固体核磁共振中，由于存在着多种相互作用，导致谱峰极大地宽化，难以区分，因此需要高分辨技术来得到高分辨谱图以获取更多信息。偶极相互作用的哈密顿量表达式中存在空间相 3cos2θ-1，因此将样品放在与磁场方向呈 54.7°的方向上可以极大抑制偶极相互作用，使谱图分辨率提高。同时，给样品施加超高转速，样品中多种相互作用都可被平均[53,54]，这种方法被称为魔角旋转技术，其中 54.7°的角度被定义为魔角。魔角旋转技术是目前高分辨固体核磁共振中应用最广的技术之一。

【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物电解质离子迁移数测定方法的研究进展[J]. 张虎成,轩小朋,王键吉,汪汉卿.  电源技术. 2003(01)

博士论文
[1]环糊精/聚氧乙烯碱金属盐固体聚合物电解质的核磁共振研究[D]. 杨凌云.华东师范大学 2016



本文编号：2979547