锂二次电池用凝胶聚合物电解质的研究

论文摘要

进入21世纪，随着科技的发展，人们对能源的需求也更加迫切。为了推动可持续发展，必须大力发展各类新能源。绿色电源作为新能源的重要组成部分，锂离子二次电池在应用上存在许多的优异的性能，与其它的二次电池相比，电池电压高，比容量大，循环寿命更长，不存在所谓的记忆效应，对环境的污染也比较小等等。锂离子二次电池广泛应用于电子产品，在军事和储能发面有很大的应用潜力，并成为电动汽车动力电池的首选电源。聚合物电解质应用，使锂离子电池具有更高的安全性和能量密度，可实现电池的轻、薄型化和形状可变。目前聚合电解质主要研究集中在凝胶聚合物电解质方面。本文使用的凝胶聚合物电解质的聚合物基体材料聚氨酯丙烯酸酯预聚物（PUA），是采用本体聚合的方法合成的。其合成采用的原料为聚乙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯及甲基丙烯酸羟乙酯等。本文分分为两部分：一，以PUA为基体，制备凝胶聚合物电解质，并对其电化学性能，热稳定行能，力学性能的研究；二，将液体丁腈（HTBN）与PUA共混作为聚合物基体，制备半互穿网路凝胶聚合物电解质。研究不同组分的液体橡胶与PUA组成的电解质体系，对体系的电化学性能，拉伸性能和电解质膜的表面形态进行研究。在真空手烤箱中分别称取一定量合成的预聚物，与光敏剂和液体电解质混合形成较均一的混合溶液，将混合均匀的混合液采用流延法在玻璃磨具中得到薄膜，然后置于紫外光的氛围中，预聚物聚氨酯丙烯酸酯发生交联聚合，液体电解质就被固定在聚合物中，得到凝胶聚合物电解质。使用单一的聚合物基体PUA，制备的凝胶聚合物电解质，在室温的离子电导率可达10-3S/cm，达到电池对电解质的使用要求，但其电解质体系机械强度较差；采用液体丁腈橡胶与聚氨酯丙烯酸酯，制备的半互穿网络型的凝胶聚合物电解质，其电解质体系具有较好的力学性能，离子导电率也满足实际应用的要求，电化学窗口为4.6V，具有一定的实际应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 锂离子电池概述
• 1.2.1 锂离子电池工作原理
• 1.2.2 锂离子电池的电极材料
• 1.3 聚合物电解质的概述
• 1.3.1 固态聚合物电解质（DSPE）
• 1.3.2 凝胶聚合物电解质（GPE）
• 1.4 凝胶聚合物电解质制备方法
• 1.4.1 物理交联型凝胶聚合物电解质
• 1.4.2 化学交联型凝胶聚合物电解质
• 1.5 聚合物电解质的应用与展望
• 1.6 论文工作的意义和主要内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 主要试剂和仪器
• 2.2 电解质膜的制备
• 2.3 聚合物电解质性能的测定与表征
• 2.3.1 电导率测定
• 2.3.2 迁移数的测定
• 2.3.3 电化学窗口稳定性测定
• 2.3.4 热稳定性测定
• 2.3.5 固化时间的测定
• 2.3.6 韧性测定
• 2.3.7 红外（FTIR）测定
• 2.3.8 扫描电镜测定（SEM）
• 第3章 聚合物电解质合成与研究
• 3.1 预聚物合成路线
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 凝胶聚合物电解质基体的合成
• 3.2.2 凝胶聚合物电解质的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 红外光谱
• 3.3.2 电化学性能测试
• 3.3.3 固化时间和韧性测试
• 3.3.4 电导率的测试
• 3.3.5 DSC 谱图
• 3.3.6 TGA 谱图
• 3.4 小结
• 第4章 半互穿网络凝胶聚合物电解质
• 4.1 凝胶聚合物电解质的制备
• 4.2 离子电导率的测定
• 4.3 电化学窗口的测定
• 4.4 韧性能测试
• 4.5 聚合物薄膜的表面形态
• 4.6 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录