新型離子液體聚合物電解質(zhì)的設(shè)計(jì)、合成及在鋰二次電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、離子液體聚合物電解質(zhì)既具有離子液體電解質(zhì)電導(dǎo)率高、不揮發(fā)、不易燃等特點(diǎn)，同時(shí)又兼具聚合物電解質(zhì)尺寸穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、不滲漏、易加工等優(yōu)點(diǎn)，是一種全新的安全電解質(zhì)體系。本論文制備了一系列基于胍陽(yáng)離子的新型固態(tài)、凝膠離子液體聚合物電解質(zhì)，研究了它們的熱學(xué)和電化學(xué)性能，包括熱分解穩(wěn)度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、離子電導(dǎo)率、鋰的氧化還原性、電化學(xué)窗口等;并將三種離子液體凝膠聚合物電解質(zhì)應(yīng)用于鋰聚合物電池，進(jìn)行了性能測(cè)試。
　　制備了以PVdF-

2、HFP為基體，含1g13TFSI胍陽(yáng)離子離子液體以及0.8 mol/kg LiTFSI鋰鹽的凝膠聚合物電解質(zhì)。該電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率較高，在25℃和50℃時(shí)分別為3.16×10-4和8.32×10-4S cm-1;該電解質(zhì)氧化分解電位在25℃時(shí)為5.3V(vs.Li/Li+)，當(dāng)溫度提高到50℃時(shí)，為4.6V(vs.Li/Li+);將該電解質(zhì)應(yīng)用于Li/LiFePO4電池中，充放電倍率為0.1C，電壓范圍2.5-4.0 V。電池在25℃和

3、50℃時(shí)的首次放電容量分別為131和142 mAh g-1，循環(huán)穩(wěn)定性較好。
　　合成了基于直鏈烷烴胍陽(yáng)離子的離子液體聚合物1g2-MA-Anion，其中Anion=Br-，PF6-，BF4-，ClO4-和TFSI-，并對(duì)其熱性能和電化學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。DSC和TGA結(jié)果顯示，陰離子的不同對(duì)離子液體聚合物的熱學(xué)性能有明顯影響。1g2-MA-Anion的離子電導(dǎo)率和鋰鹽濃度之間基本遵循如下規(guī)律:在鋰鹽濃度較低時(shí)，離子電導(dǎo)率隨鋰鹽

4、濃度增加而增加;鋰鹽濃度較高時(shí)，離子電導(dǎo)率隨鋰鹽濃度增加反而降低。1g2-MA-BF4/LiBF4的電導(dǎo)率逐漸增加當(dāng)鋰鹽濃度達(dá)到60 wt％時(shí)，其電導(dǎo)率達(dá)到1.35×10-4 Scm-1，高于含其他陰離子的電解質(zhì)。LSV測(cè)試表明，1g2-MA-Anion的電化學(xué)穩(wěn)定性較好，分解電位均在4.0 V(vs.Li/Li+)左右。
　　合成了離子液體聚合物1g3-MA-TFSI，并以其為基體包含了LiTFSI、納米SiO2和1g13TFS

5、I離子液體，制成了四組分離子液體凝膠聚合物電解質(zhì)。該電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性較好，Tg隨1g13TFSI離子液體含量的增加而降低;對(duì)于三種不同離子液體濃度的樣品，均隨溫度的增加離子電導(dǎo)率呈線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，符合典型的Arrehenius方程，并且隨著1g13TFSI的含量增加離子電導(dǎo)率明顯增加。80℃時(shí)電池循環(huán)測(cè)試表明，在Li/LiFePO4電池中，充放電倍率為0.1C的條件下，循環(huán)性能較好，100次循環(huán)之后放電容量依然在138 mAh g-1左

6、右。
　　合成了1gd-MA-TFSI和1gd-MA-PF6兩種新型離子液體聚合物，對(duì)其結(jié)構(gòu)和熱學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。將1gd-MA-TFSI作為聚合物基質(zhì)復(fù)合離子液體1g13TFSI、鋰鹽LiTFSI以及納米SiO2，制備了一種四組分離子液體凝膠聚合物電解質(zhì)。根據(jù)TG分析結(jié)果，1gd-MA-PF6和1gd-MA-TFSI兩種離子液體聚合物的熱穩(wěn)定性較好，分解溫度分別為285和320℃。對(duì)于該電解質(zhì)，隨溫度的增加離子電導(dǎo)率呈線性增長(zhǎng)