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PEO基聚合物电解质的制备工艺及性能研究

张楠  
【摘要】:如今,高容量的锂离子电池作为一种能源存储设备已经被广泛的应用于人们的日常生活之中。固态聚合物锂离子电池由于其不存在电解液泄露的隐患同时兼具可塑性强、体积利用率高等优势而引起广泛关注。聚环氧乙烷(PEO)在电解质领域一直是研究的热点。但是由于其容易结晶,会限制了锂离子的运动,导致室温电导率不能满足应用要求。为了提高电解质的电导率同时优化其力学性能,采用自动刮膜的方法在PEO以及PEO、PLA共混体系中加入了质量分数分别为1.96%和3.62%的主链液晶离聚物插层蒙脱土复合材料(LLCT和HLCT)制备了复合聚合物电解质并进行了表征,有关方面的研究未见报道。主要研究工作如下:在PEO的电解质体系中,正交实验得到的最佳制备工艺为PEO的浓度4×10~(-5)mol/L,搅拌时间3h,取膜时间为烘干3h后,刮膜速度20mm/s。随着LLCT的含量增加,PEO的结晶度呈现先降低后增加的趋势。而加入HLCT体系的结晶度呈现先增加后降低的趋势。LLCT添加量为1wt.%时,体系的电导率最大为3.30×10~(-5)S/cm,与未加入LCT相比提高了161.90%,而加入HLCT的体系电导率有不同程度的降低。加入LCT后,电解质的应力应变均有所提高,在LLCT添加量为1wt.%时最大应变达到800%仍未发生断裂。在PLA/PEO(30/70wt./wt.)复合电解质体系中,正交试验结果表明电解质的最佳制备工艺为PEO和PLA溶解保持12h,混合溶液以700r/min的转速磁力搅拌1.5h,取膜时间为烘干3h后。LLCT能够降低体系中PEO相的结晶度同时提高PLA相的结晶度,而加入HLCT则使体系中PEO与PLA的结晶度均有所升高。当LLCT的添加量为0.5wt.%时,电导率最大,为1.39×10~(-5)S/cm,并且加入LLCT的体系电导率均高于加入HLCT的体系。随着LCT的添加量增加,最大应力的变化较小,而最大应变则基本呈现增加的趋势。在PEO/PLA(50/50wt./wt.)复合电解质体系中,电解质的最佳制备工艺为PEO和PLA溶液分别溶解保持18h,混合溶液以700r/min的转速磁力搅拌1.5h,取膜时间为烘干3h后。LLCT的添加量在1wt.%时PEO相的结晶度有微小的降低,体系的结晶度整体降低。加入HLCT后使体系中PEO相和PLA相的结晶度均有所增加。在LCT添加量为1wt.%时,两个体系的电导率均达到最高,其中LLCT/PEO/PLA体系的电导率由6.09×10~(-6)S/cm提升至9.27×10~(-5)S/cm,而加入HLCT后的体系电导率提升至2.56×10~(-5)S/cm。当LCT添加量为2wt.%时LLCT/PEO/PLA和HLCT/PEO/PLA体系的最大应力和最大应变均达到最大值。


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