电场驱动构建有序离子通道及其导电增强效应研究

发布时间：2020-04-26 05:22

【摘要】：随着锂离子电池的快速发展,人们对其安全性和稳定性也提出了越来越高的要求。固态聚合物电解质因其较高的电导率、较好的力学性能和稳定的化学性能被广泛研究,但是离子迁移率明显低于传统的液态电解质。通过外场作用力改变聚合物的相结构并添加导电粒子共同取向运动,构建双重有序离子通道,可以有效地解决这个问题。本论文采用交流电场作为驱动力,调控共混聚合物聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)的相结构变化,使导电聚合物PEGDA形成聚合物导电离子通道,在此基础上,向混合聚合物基体中分别加入导电性良好的陶瓷粒子磷酸钛铝锂(LATP)和离子液体1-丁基-3-甲基咪唑(双三氟甲磺酰)亚胺盐(BMIM TFSI),使导电粒子和导电聚合物PEGDA协同作用,构建具有双重离子通道的固态聚合物电解质薄膜。利用光学显微镜同步监测粒子在PDMS基体中的运动及取向排列行为,利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及拉曼光谱分析对材料截面中粒子的分布进行了表征,并进一步通过电化学工作站对薄膜材料进行了离子电导率的测试。在交流电场作用下,PEGDA液滴由于极化作用在PDMS基体中沿平行于电场的方向紧密排列,形成链状结构。加入LATP粒子后,当施加强度为800 V/mm、频率为100 Hz、作用时间为5 min的交流电场作为驱动条件,可制备得到具有较好三维网络结构离子通道的LATP/PEGDA/PDMS复合聚合物电解质薄膜。通过SEM观测,EDS元素分析及拉曼光谱分析证实了该网络结构,通过电化学工作站对薄膜材料的交流阻抗进行测试,然后利用公式计算出其离子电导率,发现电场驱动构建双重离子通道的复合聚合物电解质,与同等条件下未加电场的均质复合材料相比,离子电导率有明显提高,并且随着温度的升高而逐渐增大。同样,在交流电场作用下,向PEGDA/PDMS混合聚合物基体中加入离子液体BMIM TFSI后,当施加强度为1000 V/mm、频率为100 Hz、作用时间为5 min的交流电场作为驱动条件,BMIM TFSI液滴在聚合物基体中取向排列结构最好,沿平行于电场方向连接成链状,并且相互之间形成三维网状结构,在此条件下制备这种具有较好三维网络结构离子通道的BMIM TFSI/PEGDA/PDMS复合聚合物电解质薄膜。通过SEM观测,EDS元素分析及拉曼光谱分析证实了该网络结构,同样通过电化学工作站对薄膜材料的交流阻抗进行测试,然后利用公式计算出其离子电导率,发现电场驱动构双重离子通道的复合聚合物电解质,与同等条件下未加电场的均质复合材料相比,离子电导率也有明显提高,并且随着温度的升高而逐渐增大,符合阿伦尼乌斯方程。
【图文】：

图 1-1 PEO 基固态聚合物电解质的导电机理示意图[24]Figure. 1-1 Proposed migration mechanism of lithium ions in PEO electrolyte[24]图 1-1 是 PEO 基固态聚合物电解质的导电机理示意图，由于 PEO 在无定形区的链运动，乙氧基上的氧原子与锂离子进行络合、解离，因此锂离子得到迁移[24]。由于

图 1-2 冰膜法制备 LATP/PEO 固态聚合物电解质的示意图及扫描电镜图[29]Figure. 1-2 Ice-templating process and SEM images of LATP / PEO Polymer Electrolyte[23.2 电场近年来，大量研究被致力于电场诱导取向排列，通过施加电场，，在不同体系
【学位授予单位】：江汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O631;TM912

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本文编号：2641140