PMMA基聚合物凝膠電解質(zhì)的制備及復(fù)合改性研究.pdf

1、聚合物電解質(zhì)作為有望取代傳統(tǒng)有機(jī)液體電解質(zhì)的新型電解質(zhì)，可以從根本上改善鋰離子電池的安全性能，并具有成本低廉、有利于發(fā)展形狀可控的鋰離子電池等一系列優(yōu)點(diǎn)。作為一種特殊的物質(zhì)形態(tài)，凝膠電解質(zhì)的固液二元性保證了其既具有固體的粘結(jié)性，也具有液體擴(kuò)散傳輸物質(zhì)的性質(zhì)，成為目前研究的重點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上加入無(wú)機(jī)粉末，形成復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)(CPE)，又能提高凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)的室溫離子電導(dǎo)率，增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度。
　　本論文借助電化學(xué)工作站

2、、電池測(cè)試系統(tǒng)、X射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、等離子體光源原子發(fā)射光譜(ICP)和掃描電子顯微鏡(SEM)等儀器和手段，以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為研究對(duì)象，制備了三種PMMA基聚合物凝膠電解質(zhì);以納米二氧化硅(SiO2)和蒙脫石(MMT)為復(fù)合填料，制備了復(fù)合聚合物凝膠電解質(zhì)，并對(duì)這些電解質(zhì)的物化性能、電化學(xué)性能進(jìn)行了分析;同時(shí)考察了新型電解質(zhì)鹽草酸二氟硼酸鋰(LiODFB)對(duì)復(fù)合聚合物凝膠電解質(zhì)電化學(xué)等性

3、能的影響。研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)為了避免引入過(guò)多雜質(zhì)，采用本體聚合合成PMMA基聚合物。針對(duì)甲基丙烯酸甲酯沸點(diǎn)的限制，使用偶氮二異庚腈(ABVN)作為熱引發(fā)劑，實(shí)現(xiàn)低溫引發(fā)聚合。制備了PMMA、P(VDF-HFP)/PMMA以及P(VDF-HFP)/P(MMA-EGDMA)等三種聚合、共混或交聯(lián)聚合物，并將其浸入1mol/L LiPF6的EC+DMC+EMC(1∶1∶1)電解液中制成凝膠電解質(zhì)(GPE)。考察了聚合物單體

4、配比、聚合溫度、聚合時(shí)間等對(duì)聚合物薄膜的機(jī)械性能、吸液率、表面形態(tài)以及凝膠電解質(zhì)的電導(dǎo)率等影響，優(yōu)化了制備工藝。
　　(2)將三種帶有不同表面基團(tuán)的納米SiO2加入P(VDF-HFP)/PMMA和P(VDF-HFP)/P(MMA-EGDMA)兩種凝膠電解質(zhì)中，制備復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)，并考察不同表面基團(tuán)、不同填料添加量對(duì)電解質(zhì)吸液率、物理與電化學(xué)穩(wěn)定性、電導(dǎo)率以及電池性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，表面帶有硅烷基長(zhǎng)鏈的納米SiO2(SiO2

5、-R)對(duì)PMMA基聚合物凝膠電解質(zhì)性能改善最為明顯，可以提高電解質(zhì)體系電導(dǎo)率50％以上，同時(shí)提高電池循環(huán)壽命。對(duì)于P(VDF-HFP)/PMMA和P(VDF-HFP)/P(MMA-EGDMA)基電解質(zhì)，SiO2-R的最佳添加量分別為10％和6％。
　　(3)將經(jīng)過(guò)有機(jī)改性前后的蒙脫石(MMT)加入P(VDF-HFP)/PMMA和P(VDF-HFP)/P(MMA-EGDMA)兩種凝膠電解質(zhì)中，制備復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)，并考察不同填料

6、添加量對(duì)電解質(zhì)吸液率、物理與電化學(xué)穩(wěn)定性、電導(dǎo)率以及電池性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)過(guò)改性的MMT由于與PMMA基電解質(zhì)相容性較差，對(duì)電解質(zhì)性能的改善作用有限。經(jīng)過(guò)有機(jī)改性的蒙脫石可以在一定程度上提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率及穩(wěn)定性。有機(jī)蒙脫石在P(VDF-HFP)/PMMA和P(VDF-HFP)/P(MMA-EGDMA)中最佳添加量分別為4％和3％。
　　(4)將新型電解質(zhì)鹽草酸二氟硼酸鋰(LiODFB)引入復(fù)合聚合物凝膠電解質(zhì)中，考察其對(duì)