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掺杂液晶离聚物的PEO基固态聚合物电解质导电性研究

刘骥驰  
【摘要】:进入21世纪以来,绿色清洁,高功率密度,体积小、重量轻的锂离子二次电池成为了科研人员研究的热点。相比于液态锂离子电池,聚合物锂离子电池具有高电压,高比能量和长循环寿命等特点。固态聚合物电解质可以减轻甚至消除电解质与电池材料之间发生的化学反应,避免液态电解质电池中的液体渗漏,便于制备各种形状的电池。从目前的研究与应用成果上看,固态聚合物电解质仍存在室温电导率较低、热稳定性与机械强度差等问题仍待解决。研究首先以PEO/PMMA (7:3)作为共混体系基体,制备聚合物膜,研究得到的最佳成膜工艺条件是:共混溶液在25℃下以700rmp转速磁力搅拌90min,50℃烘干2h。在此条件下制备PEO/PMMA/LiClO4/LCI-与PEO/PMMA/LiClO4/AMPS体系固态聚合物电解质。通过红外光谱、偏光显微镜及扫描电镜能谱探讨了液晶离聚物(LCI)与2-丙烯酰胺甲基丙磺酸(AMPS)对聚合物电解质微观结构的影响;通过交流阻抗与差示扫描量热研究了LCI与AMPS对聚合物电解质导电性与热性能的影响。结果表明,添加LCI与AMPS的红外谱图中皆出现了由磺酸基团所引起的吸收峰,同时非晶态的PEO三重醚氧键伸缩振动吸收峰变得平缓,说明了LCI、AMPS与基体发生了相互作用。PEO与PMMA的共混将PEO的结晶度由47.5%降低至22.3%,共混体系的熔融温度(Tm)从70.1(纯PEO)降低到55.7℃,LCI与AMPS的掺杂未能继续降低体系结晶度。LCI与AMPS通过增强PEO与PMMA相容性,以及分子中-SO32-的络合作用提升了聚合物电解质的电导率。当LCI与AMPS含量分别升高至1.0%与1.3%时,室温电导率达到最高的4.31E-8S/cm与1.97E-6S/cm,之后皆呈下降趋势。研究又以PEO与MMA为原料合成了PEO-MMA接枝共聚物,并结合共混体系研究成果,制备了PEO-MMA接枝共聚物电解质,通过红外光谱、偏光显微镜对不同合成条件的接枝共聚物的聚合效果进行表征;通过交流阻抗对共聚体系聚合物电解质的导电性进行了表征。结果表明,红外光谱图中未出现游离和缔合的羟基的吸收峰,原料中的PEO完全参与聚合反应。固定催化剂用量,聚合反应时间达到6h后,聚合物产率较高的41%,增加聚合时间,产率无明显提升。聚合反应的时间与催化剂用量对PEO-MMA接枝共聚物电解质电导率产生影响,当聚合时间为6h,催化剂用量为10%时,室温电导率达到最大的1.70E-6 S/cm。


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