首页> 正文

离子液体复合聚合物电解质的制备和电化学性能研究

2020-12-01阅读(922)

离子液体复合聚合物电解质的制备和电化学性能研究

论文摘要

聚合物锂离子电池是一种新型的高能化学电源,以其高安全性、高能量密度、加工灵活等优点得到了人们的广泛关注。目前对聚合物电解质的研究主要集中于两个方面:第一,在保持聚合物电解质机械强度的前提下提高其室温离子电导率;第二,研究并改善锂电极/聚合物电解质固/固界面的性质。离子液体作为绿色化学的代表,是当前化学研究的热点和前沿。将离子液体引入到聚合物体系,制成离子液体复合聚合物电解质具有很好的应用前景。本论文利用溶液浇注法,将昧唑基离子液体和季胺盐型离子液体中最为简单和代表性的1-乙基-3-甲基咪唑二（三氟甲基磺酰）亚胺（EMI-TFSI）和N-甲基-N-丙基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺（PP13TFSI）两种离子液体引入到PEO中,制成PEO基的离子液体复合聚合物电解质,并利用多种电化学技术和光谱技术对这种新型电解质进行了表征。除此之外,利用电化学现场红外光谱的方法对锂电极/聚合物电解质的固/固界面进行了研究。本论文的主要研究成果如下:1.通过FTIR光谱技术,研究了P（EO）20LiTFSI+xEMI-TFSI和P（EO）20LiTFSI+xPP13-TFSI离子液体复合聚合电解质中离子-离子、离子-聚合物基体之间的相互作用。研究发现,加入EMI-TFSI和PP13-TFSI两种离子液体,可以改变PEO的晶相结构,得到更多的无定形相;可以减弱Li+阳离子和TFSI-阴离子的相互缔合,减弱Li+阳离子和PEO上氧原子的相互作用,得到更多的自由Li+离子;其中离子液体的TFSI-阴离子起到了主要的增塑作用。DSC研究结果表明,随着两种离子液体加入量的提高,聚合物的玻璃态转变温度与结晶度均逐渐降低。从CV结果可以知道,加入PP13-TFSI离子液体和相对少量的EMI-TFSI离子液体可以得到稳定的界面钝化膜,有利于锂的沉积-溶出可逆性的提高。掺杂EMI-TFSI或PP13-TFSI离子液体后,聚合物电解质的离子电导率明显增加,其中咪唑体系的电导率稍微大于哌啶体系的电导率。当两种离子液体的掺杂量为x=1.0时,其电导率在40℃可以达到10-4S/cm以上,比未添加离子液体的聚合物电解质体系电导率增加两个数量级。离子液体的加入导致体系的锂离子迁移数缓慢下降,但是锂离子电导率还是呈上升趋势。离子液体的加入,降低了锂电极/聚合物电解质的界面电阻,改善了界面稳定性,同时拓宽了聚合物电解质的电化学稳定窗口。在两种离子液体掺入量均为x=1.0时,稳定窗口达到5.2V,为5V高压电池的发展提供了必要的条件。以EMI-TFSI或PP13-TFSI两种离子液体制成的离子液体复合聚合物电解质为电解质,LiFePO4为正极材料组成的聚合物锂离子二次电池,经过优化离子液体的含量,在中温50℃,0.2C放电时,电池的比容量至少可以达到120 mAhg-1以上,同时有较好的循环稳定性和容量保持率,在一定程度上,可以满足实际应用的需要。离子液体复合聚合物电解质可以用海绵吸水模型（water in sponge）来理解。PEO基体构成了较硬的海绵基体,在海绵基体中分布着自由锂离子、TFSI阴离子、离子对、三离子簇、离子液体的阳离子（EMI+或PP13+）等。离子液体作为增塑剂,其较高的介电常数可以促进锂盐的离解,增加有效载流子数目。离子液体的TFSI阴离子主要起到增塑作用,改变了聚合物的晶相结构,增加了无定形相含量,提高了链段的柔性;离子液体的阳离子会与PEO基体中的氧原子相互作用,与锂离子形成竞争,从而减弱了锂离子与PEO中氧的络合,促进锂离子的传输。综合上述作用,大大提高了聚合物电解质的离子电导率。2.优化了一种电化学现场光谱电解池。利用反射式红外采谱方式,以多次循环伏安实验前后分别采集红外光谱的方法对锂/聚合物电解质固/固界面进行了研究。对于以环状碳酸酯（PC、EC）增塑的PEO基聚合物电解质体系,现场红外光谱方法可以提供直接可靠的实验证据,证明经过锂的沉积·溶出过程,PC、EC将与锂电极发生反应,电极表面化学物种主要是PC、EC的还原产物ROCO2Li以及Li2CO3等。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 锂离子二次电池简介
  • 1.2 聚合物锂离子二次电池简介
  • 1.2.1 聚合物锂离子二次电池的定义和特点
  • 1.2.2 凝胶聚合物锂离子二次电池存在的问题
  • 1.3 聚合物电解质概述
  • 1.3.1 聚合物电解质组成、分类及性能要求
  • 1.3.2 聚合物电解质电导率的影响因素及提高途径
  • 1.4 离子液体在锂离子二次电池中的应用
  • 1.4.1 离子液体的分类综述
  • 1.4.2 离子液体在锂离子电池中的应用
  • 1.5 锂电极/聚合物电解质界面性质研究
  • 1.5.1 锂电极/聚合物电解质界面研究的特点与难点
  • 1.5.2 锂电极/聚合物电解质界面研究进展
  • 1.6 本论文的主要研究内容和研究设想
  • 参考文献
  • 第二章 实验仪器和方法原理
  • 2.1 主要化学试剂及处理
  • 2.2 聚合物电解质的制备
  • 2.2.1 离子液体的制备
  • 2.2.2 聚合物电解质的制备
  • 2.3 聚合物电解质的表征方法和技术
  • 2.3.1 热学性能表征
  • 2.3.2 电化学性能表征
  • 2.3.3 循环伏安技术（CV）
  • 2.3.4 傅立叶变换红外光谱
  • 2.3.5 真空溅射仪
  • 2.4 聚合物锂二次电池电池性能测试
  • 2.4.1 电极制备
  • 2.4.2 离子液体复合聚合物电解质膜的制备
  • 2.4.3 电池的组装
  • 2.4.4 充放电测试
  • 参考文献
  • 第三章 两种离子液体复合聚合物电解质的制备和电化学表征
  • 3.1 引言
  • 3.2 离子液体的制备和表征
  • 3.3 离子液体复合聚合物电解质的红外光谱研究
  • 3.3.1 引言
  • 3.3.2 离子液体复合聚合物电解质各组分红外光谱测定和指认
  • 3.3.3 PEO-LiTFSI-xEMITFSI体系
  • 3.4 离子液体复合聚合物电解质的热学性能研究
  • 3.5 离子液体复合聚合物电解质的电化学性能测试
  • 3.5.1 离子液体对聚合物电解质锂离子沉积-溶出的循环可逆性的影响
  • 3.5.2 两种离子液体对聚合物电解质电导率的影响
  • 3.5.3 两种离子液体对聚合物电解质离子迁移数的影响
  • 3.5.4 两种离子液体对聚合物电解质电化学稳定窗口的影响
  • 3.5.5 两种离子液体对锂/聚合物电解质界面稳定性的影响
  • 3.6 离子液体复合聚合物电解质作为聚合物锂离子二次电池电解质的充放电性能测试
  • 3.7 对离子液体复合的聚合物电解质中离子间相互作用和离子迁移机理的探讨
  • 3.8 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 Li/聚合物电解质固/固界面的电化学现场显微红外光谱研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 电化学现场显微红外光谱研究的准备工作
  • 4.2.1 电化学现场红外光谱电解池的设计与组装
  • 4.2.2 电化学现场红外光谱的实验技术
  • 4.2.3 聚合物电解质体系中薄膜镍电极的电化学过程
  • 4.3 Li/聚合物电解质固/固界面的电化学现场显微红外光谱研究
  • 20LiTFSI+5%PC的现场红外光谱'>4.3.1 聚合物电解质P（EO）20LiTFSI+5%PC的现场红外光谱
  • 20LiTFSI+10%EC的现场红外光谱'>4.3.2 聚合物电解质P（EO）20LiTFSI+10%EC的现场红外光谱
  • 4.4 本章小结
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的文章
  • 致谢

    • 相关论文文献

    • [1].离子液体固载化及应用研究[J]. 化学进展 2020(09)
    • [2].离子液体的环境行为和安全性探讨[J]. 科学通报 2019(31)
    • [3].离子液体及其材料用于除汞新技术研究进展[J]. 山东化工 2017(10)
    • [4].五颜六色的液体塔[J]. 家教世界 2020(04)
    • [5].下期先知道[J]. 小学科学 2020(04)
    • [6].不结冰的液体[J]. 意林(少年版) 2014(02)
    • [7].羊液体提升料技术(之一 原理篇)[J]. 中兽医医药杂志 2013(06)
    • [8].流水从不打结[J]. 高中生 2013(04)
    • [9].不会结冰的液体[J]. 广东第二课堂(初中版) 2009(Z2)
    • [10].冷却的液体[J]. 汽车生活 2011(12)
    • [11].离子液体的种类和制备方法[J]. 山东化工 2020(18)
    • [12].离子液体的合成方法研究[J]. 山东化工 2017(05)
    • [13].活性炭对离子液体的吸附研究[J]. 林业工程学报 2017(04)
    • [14].离子液体在有机合成中的应用分析[J]. 化工管理 2017(23)
    • [15].功能化离子液体吸收烟气中二氧化硫的研究[J]. 工程研究-跨学科视野中的工程 2015(03)
    • [16].液体浮沉小实验[J]. 小雪花(小学生成长指南) 2012(04)
    • [17].液体浮沉小实验[J]. 中学生英语(初中版) 2012(Z3)
    • [18].羊液体提升料技术(之一 原理篇)[J]. 中兽医医药杂志 2014(02)
    • [19].液体[J]. 现代物理知识 2011(04)
    • [20].全球离子液体市场快速扩张[J]. 化工科技市场 2010(07)
    • [21].光敏性离子液体的制备和性能研究进展[J]. 河南化工 2020(07)
    • [22].离子液体的性质和应用研究[J]. 山东化工 2018(07)
    • [23].离子液体在色谱分析天然产物中的实际应用研究[J]. 中国石油和化工标准与质量 2016(24)
    • [24].分析化学中对离子液体的应用研究[J]. 石化技术 2017(01)
    • [25].离子液体在气相色谱中的应用[J]. 杭州化工 2017(02)
    • [26].新型功能型离子液体合成应用新发展[J]. 化学工程师 2017(08)
    • [27].浅谈离子液体中的氧化反应[J]. 化工管理 2020(06)
    • [28].泡沫敷料联合液体敷料在手术中减少皮肤损伤的研究[J]. 当代护士(下旬刊) 2019(04)
    • [29].离子液体研究进展[J]. 山东化工 2016(23)
    • [30].离子液体双水相体系相平衡研究进展[J]. 盐湖研究 2017(01)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  

    离子液体复合聚合物电解质的制备和电化学性能研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5