静电纺丝工艺制备PVDF基复合多孔凝胶聚合物电解质的性能研究

发布时间：2017-09-20 23:14

  本文关键词：静电纺丝工艺制备PVDF基复合多孔凝胶聚合物电解质的性能研究

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【摘要】：凝胶聚合物锂离子电池作为从液态锂离子电池到全固态锂离子电池的一种过渡存在,由于其具有循环寿命长,能量密度高,安全性能好等优点,受到了广泛关注。凝胶聚合物电解质作为其中一个重要的组成部分同样成为了目前的研究热点。在本文中利用PVDF为聚合物基体,将不同物质与其复合混拼,通过静电纺丝法制备了三种不同的基于PVDF的多孔复合凝胶聚合物电解质:1)通过物理共混的方法将PEO与PVDF溶液共混后静电纺丝。通过SEM对其表面形貌进行观察,同时对样品组装的半电池进行了电化学性能的测试。通过对比不同比例的复合凝胶聚合物的性能,研究发现当PVDF与PEO质量比达到5:1时,所制备的复合凝胶聚合物电解质在保证具有一定力学性能的前提下,具有最佳的电化学性能。在室温下其离子电导率达到了4.5×10-3 S/cm,电化学稳定窗口达到了4.8 V;2)通过缩合聚合方法合成了一种新型的聚氨酯锂盐(PLS),然后将所得的聚合物锂盐掺杂入PVDF溶液中,并通过静电纺丝法制备了具有三维网络结构的复合凝胶聚合物电解质。通过DSC测试表明PLS的加入降低了整个体系的结晶度。此外由于PLS能够离解出导电锂离子,从而可以提高体系的离子电导率,电化学测试表明当PLS的添加量增加到20%时,其室温下的离子电导率达到了5.43×10-3 S/cm,电化学稳定窗口达到5.0V左右,且充放电循环35圈后,电池容量仍保持了初始放电容量的96.8%;3)结合溶胶-凝胶反应与分散聚合,制备出一种有机聚合物锂盐链段包覆无机纳米粒子(PML-SiO2),然后将其添加进去PVDF的DMF溶液中,利用静电纺丝制备出复合聚合物膜后浸入液体电解质凝胶化得到复合凝胶聚合物电解质。通过机械性能测试发现在PML-SiO2添加量为8%时其拉升强度达到了41.28 Mpa。当PML-SiO2的掺杂比例为3%时所制得的凝胶聚合物组装成的电池有最佳的循环性能。在60圈循环后容量保持率在90%以上。同时在室温下离子电导率和电化学稳定窗口分为3.85×10-3 S/cm和4.86 V,且离子电导率与温度的关系与阿累尼乌斯方程相符。制备得到的基于PVDF的多孔凝胶聚合物电解质,同时具有优良的力学与电化学性能,研究成果渴望在新型聚合物锂离子电池的应用中得到应用。
【关键词】：多孔凝胶聚合物电解质 静电纺丝 电化学性能 改性
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-25
• 1.1 引言15
• 1.2 聚合物锂离子电池的概况15-18
• 1.2.1 聚合物锂离子电池的组成15-16
• 1.2.2 聚合物锂离子电池的原理16
• 1.2.3 聚合物锂离子电解质的分类16-18
• 1.3 凝胶聚合物电解质的简介18-21
• 1.3.1 凝胶聚合物电解质的分类18
• 1.3.2 凝胶聚合物电解质的制备18-21
• 1.4 凝胶聚合物电解质的发展趋势21-23
• 1.5 本课题研究内容23-25
• 第2章 实验仪器、药品与测试分析25-30
• 2.1 实验主要试剂25-26
• 2.2 实验主要仪器26
• 2.3 测试内容和方法26-30
• 2.3.1 X射线衍射分析（XDR）26-27
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）27
• 2.3.3 红外光谱分析（FTIR）27
• 2.3.4 差示扫描量热法（DSC）27
• 2.3.5 拉伸性能测试27-28
• 2.3.6 孔隙率及吸液率28
• 2.3.7 离子电导率测试28
• 2.3.8 电化学稳定窗.测试28
• 2.3.9 循环性能测试28-29
• 2.3.10 界面稳定性测试29-30
• 第3章 锂电池用PVDF/PEO复合凝胶聚合物电解质膜的性能研究30-42
• 3.1 前言30
• 3.2 实验部分30-31
• 3.3 实验结果与讨论31-41
• 3.3.1 表面形貌分析（SEM）31-32
• 3.3.2 DSC分析32-33
• 3.3.3 X射线衍射分析33-34
• 3.3.4 拉伸性能34-35
• 3.3.5 孔隙率与吸能力35-37
• 3.3.6 电化学性能37-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 聚氨酯锂盐（PLS）掺杂PVDF复合凝胶聚合物电解质膜性能的研究42-54
• 4.1 前言42-43
• 4.2 试验部分43-44
• 4.2.1 聚氨酯锂盐的制备43
• 4.2.2 PVDF基复合凝胶聚合物电解质的制备43-44
• 4.3 实验结果与分析44-53
• 4.3.1 表面形貌分析（SEM）44-45
• 4.3.2 DSC测试45-46
• 4.3.3 XRD分析46-47
• 4.3.4 吸液率与孔隙率47-48
• 4.3.5 电化学性能48-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 改性SiO_2掺杂PVDF的复合凝胶聚合物电解质的研究54-67
• 5.1 前言54
• 5.2 实验部分54-56
• 5.2.1 聚合物锂盐(PAL)的制备54-55
• 5.2.2 聚合物锂盐包覆SiO_2的制备55
• 5.2.3 复合凝胶聚合物电解质的制备55-56
• 5.3 实验结果与讨论56-66
• 5.3.1 红外光谱分析（FTIR）56
• 5.3.2 表面形貌分析56-58
• 5.3.3 XRD分析58-59
• 5.3.4 DSC分析59-60
• 5.3.5 孔隙率与吸液率60-61
• 5.3.6 机械性能分析61-62
• 5.3.7 电化学性能分析62-66
• 5.4 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文与申请的专利74-75
• 致谢75

【共引文献】

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本文编号：890969