凝膠型離子液體-聚合物電解質(zhì)的制備及其性能研究.pdf

1、由于離子液體具有較高的離子電導率、較寬的電化學窗口、不揮發(fā)、不燃燒、熱穩(wěn)定性能好、環(huán)境友好等優(yōu)良特性，將室溫離子液體引入聚合物中復合得到的離子液體/聚合物電解質(zhì)，兼具離子液體和聚合物電解質(zhì)的優(yōu)點，使得電池的安全性和穩(wěn)定性都將得到進一步提高，因此在鋰離子電池、電容器等器件中展示了良好的應用前景。本文將幾種咪唑類離子液體，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（EMIBF4）、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（BMIBF4）、1-乙基-3-甲基咪

2、唑六氟磷酸鹽（EMIPF6）、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷鹽（BMIPF6），與聚合物復合制備了一系列凝膠型離子液體/聚合物電解質(zhì)。 主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面： 首先，采用兩步法合成四種離子液體。通過優(yōu)選反應溶劑，改進合成路線，對幾種咪唑類離子液體的合成工藝進行了優(yōu)化。我們采用低毒性的乙酸乙酯作為溶劑，合成了中間體EMIBr與BMIBr，該方法具有操作簡單、產(chǎn)率高等優(yōu)點。對水溶性的離子液體EMIBF4和BMIBF4，

3、提出了鈉鹽-銀鹽法的合成路線，在保證產(chǎn)品的純度的前提下，降低了合成成本。 然后，以共聚物P（VDF-HFP）為基體，將離子液體EMIBF4、BMIBF4和EMIPF6、BMIPF6與其復合，采用直接混合法制備出凝膠型離子液體/聚合物電解質(zhì)，并進行了紅外光譜、熱失重和電化學性能測試。研究表明，離子液體與聚合物基體存在相互作用；該體系在305℃以上仍具有較好的熱穩(wěn)定性，其安全性能優(yōu)于傳統(tǒng)有機溶劑增塑體系；其室溫離子電導率均達10-3

4、 S/cm數(shù)量級，電導率隨離子液體含量的增加而升高，且與溫度的依賴關系符合Arrhenius方程。其中EMIBF4/P（VDF- HFP）質(zhì)量比為2：1時，其室溫電導率可達3.67×10-3 S/cm。 其次，采用原位聚合法制備出新型的BMIPF6/PMMA聚合物電解質(zhì)透明彈性膜。研究顯示，將離子液體BMIPF6作為PMMA基聚合物的增塑劑，其熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的DBP、DOP等增塑劑。隨離子液體含量的增加，其玻璃化轉變溫度逐

5、漸減小，離子電導率升高；且離子電導率與溫度的關系服從VTF方程。其中，當BMIPF6含量為50％時，該聚合物電解質(zhì)的室溫離子電導率達0.15×10-3 S/cm。 接著，將制備的凝膠型離子液體/聚合物電解質(zhì)應用于雙電層電容器中，研究顯示，基于EMIBF4/P（VDF-HFP）聚合物電解質(zhì)的雙電層電容器展示了相對優(yōu)良的電化學性能，其充電時間常數(shù)較小，本體阻抗較小，比容量較大，充放電循環(huán)性能和自放電性能良好。 另外，以共聚物

6、P（VDF-HFP）為基體，選取室溫離子液體EMIBF4和BMIPF6作為增塑劑，加入鋰鹽、納米Al2O3及PMMA聚合物等制備了改性的凝膠型離子液體/聚合物電解質(zhì)，對其結構、熱穩(wěn)定性能和電化學性能進行了研究。結果表明，隨離子液體、納米Al2O3粒子和PMMA含量的提高，聚合物基體的結晶度降低，聚合物電解質(zhì)的離子電導率逐漸增加，可以達到10-4 S/cm的數(shù)量級；但隨聚合物電解質(zhì)中鋰鹽含量的提高，離子電導率減小；這兩類離子液體增塑的聚合