塑晶化合物和無機(jī)粒子摻雜PEO基復(fù)合聚合物電解質(zhì)的制備和性能研究.pdf

1、迄今為止報道的聚合物電解質(zhì)因其室溫離子電導(dǎo)率偏低，尚難以滿足實(shí)際應(yīng)用要求。據(jù)最近的文獻(xiàn)報道，塑晶鋰離子固體電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率達(dá)到10-3S·cm-1，但其成膜加工性能不好。為此，本文將塑晶化合物與無機(jī)粒子摻雜聚合物電解質(zhì)，期望制備出既有較高離子電導(dǎo)率，又有較好成膜加工性能的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)材料。 選擇聚環(huán)氧乙烷(PEO)為基質(zhì)，摻雜塑晶化合物丁二腈(SN)和無機(jī)粒子SiO2，制備了兩種全固態(tài)復(fù)合聚合物電解質(zhì)樣品(PEO)8

2、 LiClO4/SN(PLS)和(PEO)8LiClO4/SiO2/SN(PLSS)，采用溶液澆鑄法制備了相應(yīng)的電解質(zhì)膜。用SEM、DTA、IR、TG、DSC、XRD、交流阻抗等方法對所制電解質(zhì)樣品的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了較系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。主要研究結(jié)果如下： (1)設(shè)計(jì)制備了兩種新的復(fù)合聚合物電解質(zhì)材料PLS和PLSS，確定了摻雜劑SN和SiO2的用量。當(dāng)SN用量為2wt％時，PLS離子電導(dǎo)率為1.18×10-4 S/cm；當(dāng)SN含量

3、為2wt％、SiO2含量為10wt％時，PLSS的離子電導(dǎo)率達(dá)到3.44×10-4 S/cm，與未摻雜的(PEO)8LiClO4材料(電導(dǎo)率7.06×10-6)相比，摻雜后電導(dǎo)率明顯提高。 (2)交流阻抗分析表明，摻雜劑SN和SiO2的用量對材料的電導(dǎo)率影響顯著。PLS電解質(zhì)膜中SN含量為2wt％時，電導(dǎo)率達(dá)到最大。PLSS電解質(zhì)膜的電導(dǎo)率隨SiO2含量的增加而增大，當(dāng)SiO2含量達(dá)到10wt％時，體系的電導(dǎo)率達(dá)到最大，繼續(xù)增加

4、SiO2含量，電導(dǎo)率減小。兩體系電導(dǎo)率溫度依賴性關(guān)系符合阿累尼烏斯方程。 (3)IR分析表明，PLS聚合物電解質(zhì)中，PEO中的醚氧基團(tuán)、SN中的氰基和LiClO4之間存在較復(fù)雜的相互作用，它們對復(fù)合聚合物電解質(zhì)的性能有重要影響。Li+與醚氧基團(tuán)、氰基均存在較強(qiáng)的相互作用，因而促進(jìn)了LiClO4的解離。同時，由于醚氧基團(tuán)與氰基的作用相對減弱了醚氧基團(tuán)與Li+的作用，使得Li+的解絡(luò)合能力增強(qiáng)，從而促進(jìn)了Li+沿PEO鏈的傳輸。

5、 (4)XRD和DSC分析表明，添加無機(jī)粒子SiO2和塑晶化合物丁二腈都具有抑制聚合物電解質(zhì)體系結(jié)晶的作用，同時添加SiO2和丁二腈后，抑止體系結(jié)晶作用更加顯著。PLSS體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，熔點(diǎn)，均隨SiO2含量的增加而降低。DTA與TG分析表明，與未摻雜的(PEO)8LiClO4電解質(zhì)材料相比較，PLSS初始分解溫度提高了20℃，說明PLSS復(fù)合電解質(zhì)材料的熱穩(wěn)定性提高。 (5)表面能分析表明，添加丁二腈后的聚合物電解質(zhì)