多孔型聚合物电解质的界面性能及其机械性能研究

发布时间：2017-10-19 04:06

  本文关键词：多孔型聚合物电解质的界面性能及其机械性能研究

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【摘要】：聚合物锂离子电池(Polymer lithium ion batteries,简称PLIBs)具有绿色环保和安全性能好等优点而受到广泛的关注。目前,关于PLIBs的热点主要集中在聚合物电解质的电导率、机械性能和电化学稳定窗口等方面,对于影响电极/聚合物电解质(Electrode/polymer electrolyte,简称E/P)界面相容性的研究相对较少。E/P界面相容性对PLIBs安全性能有着重要影响,诸如电池爆炸、自燃等安全问题都和其密切相关,因此研究PLIBs的E/P界面性能有着重要意义。聚合物电解质作为PLIBs的核心组成部分,也是E/P界面相容性研究的重要对象。在聚合物电解质中,多孔型聚合物电解质(Porous polymer electrolyte,简称PPE)与纯固态聚合物电解质比较电导率较高,与凝胶聚合物电解质相比机械性能较好。因此,本论文优化PPE的制备工艺,通过优化其E/P界面相容性来减小其界面阻抗并提高机械性能,以缓和其机械性能和电导率相容性差的难题。为优化PPE界面性能和机械性能,本论文选取了纳米Al2O3、植酸(Phytic acid,简称PA)作为掺杂剂制备了两种体系的多孔聚合物电解质,并对它们的微观结构、机械性能、热性能、界面性能等展开研究。本论文的主要内容如下:(1)在第1章中,对PLIBs的研究背景和E/P界面形成机理及研究现状进行了较为详细的介绍。E/P界面研究现状主要分为影响因素和研究方法,其中影响因素从电极材料、聚合物电解质基体、锂盐、增塑剂和离子液体、无机填料及其他影响因素等几个方面进行展开介绍,研究方法主要从显微法、交流阻抗法、谱学法、原位研究法四个方面进行说明;(2)在第2章中,主要介绍本论文的实验仪器或设备、试剂、电池组装技术、聚合物电解质的表征方法和技术等相关内容以及对它们测试的条件进行了说明;(3)在第3章中,制备了纳米Al2O3掺杂的PPE膜,并对其的制备工艺、频率选择、聚合物电解质的微观形貌、热性能、界面性能、机械性能等进行了较为详细的研究和说明。纳米Al2O3可以有效地提高PPE膜的拉伸强度、热性能和E/P界面性能,然而却存在着减小断裂伸长率的不足。当纳米Al2O3比重为10%时,PPE综合性能最好,其拉伸强度和断裂伸长率分别为3.37 MPa和22.6%,且时间影响下的界面阻抗稳定时为450Ω左右;(4)在第4章中,使用PA作为交联剂和掺杂剂来提高PPE的机械性能和界面性能,其对机械性能中的拉伸强度和断裂伸长率能够实现同时提升作用。含15 wt.%PA的PPE具有最佳的综合性能,其拉伸强度和断裂伸长率分别为2.85 MPa和45.7%,且以时间作为影响因素的界面阻抗稳定时为560Ω左右。同时,PA在聚合物电解质中具有造孔功能,可以通过控制PA与聚合物之间的比重来优化聚合物电解质膜表面和内部的孔隙结构,该孔隙呈现三维椭圆形立体结构。与第3章中使用的传统方式相比,而且PA具有环境友好、生物相容性好、价格低廉、来源广泛等优点。因此,PA体系PPE在电动汽车上应用具有良好的前景。
【关键词】：锂离子电池 多孔型聚合物电解质 PEO-PMMA共混 纳米Al2O3 植酸 机械性能 E/P界面相容性
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 论文研究背景11-14
• 1.2 E/P界面形成机理14-15
• 1.3 E/P界面研究的现状15-28
• 1.3.1 E/P界面影响因素15-23
• 1.3.2 E/P界面研究方法23-28
• 1.4 E/P界面研究的目的与意义28-29
• 1.5 主要研究内容及论文创新点29-31
• 第二章 实验部分31-35
• 2.1 前言31
• 2.2 主要试剂和仪器31-33
• 2.2.1 主要试剂31-32
• 2.2.2 主要仪器32-33
• 2.3 电池组装33
• 2.4 聚合物电解质的表征方法与技术33-35
• 2.4.1 扫描电子显微镜测试33
• 2.4.2 傅里叶红外光谱33
• 2.4.3 X射线光电子能谱33
• 2.4.4 热性能表征33
• 2.4.5 交流阻抗测试33-34
• 2.4.6 机械性能测试34-35
• 第三章 纳米氧化铝增强多孔型聚合物电解质35-50
• 3.1 前言35
• 3.2 实验35-36
• 3.3 结果与讨论36-48
• 3.3.1 制备工艺的优化36
• 3.3.2 微观形貌表征36-39
• 3.3.3 傅里叶红外光谱分析39-40
• 3.3.4 热性能分析40
• 3.3.5 交流阻抗分析40-48
• 3.3.6 机械性能分析48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 植酸增强多孔型聚合物电解质50-67
• 4.1 前言50
• 4.2 实验50-51
• 4.3 结果与讨论51-65
• 4.3.1 制备工艺优化51
• 4.3.2 微观形貌表征51-53
• 4.3.3 傅里叶红外光谱分析53-54
• 4.3.4 X射线光电子能谱分析54-55
• 4.3.5 热性能分析55-56
• 4.3.6 交流阻抗分析56-64
• 4.3.7 机械性能分析64-65
• 4.4 本章小结65-67
• 结论与展望67-69
• 参考文献69-77
• 致谢77-78
• 附录A （攻读学位期间发表论文及专利目录）78

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本文编号：1058938