聚脲和聚氨酯脲单离子聚合物电解质的制备及导电性研究

发布时间：2019-09-21 01:48

【摘要】：目前商业化的锂离子电池使用的都是有机液体电解质,很容易发生电池漏液、起火、爆炸等危险。固态聚合物电解质以固态形式取代传统的液态电解质不仅解决了安全问题,还可以使电池形状将更加多样化。在聚合物电解质研究中,机械性能与电导率往往不可兼得,但是软硬段微相分离的结构能够同时改善这两种性能。本论文通过共聚的方法制备了三个系列具有微相分离结构的聚脲和聚氨酯脲单离子聚合物电解质,并对其结构进行表征,对其性能进行测试分析。本论文首先以对苯二异氰酸酯,二氨基苯磺酸锂,分子量为1000的聚氧乙烯二胺为原料,改变二氨基苯磺酸锂和聚氧乙烯二胺的摩尔比合成了不同锂盐含量的聚脲单离子电解质系列I(PUI)。将合成的样品采用溶液浇铸法成功制膜,采用核磁共振,红外光谱对合成样品的结构进行表征,采用差热扫描热分析,热失重,拉伸,交流阻抗等对其热性能,力学性能和电导率等性能进行了测试,分析锂盐含量对其结构和性能的影响。为了进一步降低体系的玻璃化转变温度,提升电解质的电导率,将PUI合成原料中分子量为1000的聚氧乙烯二胺分别换成分子量为2000的聚氧乙烯二胺和分子量为1000的聚乙二醇,合成聚脲电解质系列II(PUII)和聚氨酯脲电解质(PUU),对这两个系列的电解质进行结构表征和性能测试,并与PUI系列进行对比分析结构和性能的差异。测试结果显示合成的三个系列的电解质内部都存在氢键的物理交联,并且形成了微相分离的两相结构。软段相的玻璃化转变温度随着锂盐含量的增加而上升,但是相对而言,PUII和PUU系列的软段相玻璃化转变温度比PUI系列要低。室温下的离子电导率随着锂盐含量的上升,先上升后下降,PUI系列电解质的最高室温电导率为2.84×10-7S·cm-1,PUII和PUU系列电解质的最高室温电导率与PUI相比均有所提升,分别为5.81×10-7S·cm-1和1.81×10-6S·m-1。在254oC以下,合成的聚合物电解质都具有良好的热稳定性,而且具有良好的力学性能,但是相对而言,PUI系列力学性能最强,PUU系列最弱。
【图文】：

螺旋体,孔道,离子,导电机理

止电池内部短路。质的导电机理的结构比较复杂，有关离子迁移传输导电机理目前人们讲的最多的聚合物导电机理模型主要散传导机理、自由体积导电机理等。模型理论主要是针对离子在聚合物晶体中迁移子链会形成螺旋体孔道，阳离子就在这种螺旋所示。阴离子主要存在孔道外，如果阳离子受阳离子的运动就会受到阻碍，导电性也随之降rrhenius 方程（见下文的经验公式）。聚合物动提供通道，同时还会与金属离子配位，不同离子键合位性质等不同，形成的螺旋体孔道不子通过的速度也会不同。

示意图,无定形区,离子,锂离子

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文性质，在这种状态下离子在链段中的迁移是十分困难的，当温度高温度时，聚合物物性发生改变，链段运动能力提高，离子在电场和共同作用下发生定向移动。以 PEO 基聚合物电解质为例，PEO 聚含有孤对电子的醚氧原子，而锂离子有空轨道，因此锂离子容易与氧原子形成配位结构，在电场和 PEO 链段热运动的作用下不断的，实现锂离子的迁移，具体锂离子在聚合物基体中移动的示意图见在聚合物中的传导，也可以简单的理解成锂离子在液态有机溶剂中，不同是的是后者溶剂化的分子是可以随着锂离子一起在电场的作是聚合物链段却只能够在一定区域内进行链段的移动和重排，，无法。在聚合物电解质中，聚合物链段的运动能力对离子的传导能力起，而聚合物链段的运动能力一般体现在聚合物基体的玻璃化转变温不考虑内部结晶的情况下，聚合物基体的玻璃化转变温度越低，其力也越强，离子传导也越容易实现，宏观表现为电解质体系离子电。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O631.23;TM912

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