鋰離子電池用凝膠聚合物電解質的設計、制備及表征.pdf

1、本文設計制備了半互穿網(wǎng)絡(semi-IPN)凝膠聚合物電解質，兩親性網(wǎng)絡凝膠聚合物電解質，聚醚胺改性網(wǎng)絡凝膠聚合物電解質，碳納米管復合凝膠聚合物電解質以及靜電紡絲多孔纖維凝膠聚合物電解質等五種類型的電解質體系。采用FTIR、NMR、DSC、TGA、XRD、SEM，拉伸測試等表征手段，以及交流阻抗譜測試，研究凝膠聚合物電解質膜的化學結構、凝膠含量、形貌、熱性能，力學性能和電化學性能。分析不同聚合物基體，組分組成比例對電解質膜性能的影響，以

2、實現(xiàn)力學性能和電化學性能的統(tǒng)一，使制備的凝膠聚合物電解質具有實際應用前景。
　　 本文首先將聚氧化乙烯(PEO)與聚（丙烯腈-甲基丙烯酸縮水甘油酯）(P(AN-GMA))共混，采用二乙烯三胺(DETA)做交聯(lián)劑，制備semi-IPN型凝膠聚合物電解質。XRD和DSC分析結果表明DETA與共聚物中環(huán)氧基團交聯(lián)后，體系中PEO組分的結晶受到明顯抑制，有利于鋰離子在聚合物基體中的傳導。拉伸性能測試結果顯示，semi-IPN結構的聚合物

3、膜拉伸強度提高。并且隨著PEO組分含量的增加，semi-IPN結構的聚合物膜對液體電解質的吸附量增大，體系的離子電導率增加。當P(AN-GMA)/PEO質量比為1/1時，室溫離子電導率為1.25×10-4S/cm。
　　 研究制備了新型的兩親性網(wǎng)絡（聚乙二醇200-甲基丙烯酸縮水甘油酯）-甲基丙烯酸甲酯(PEG200-b-GMA)-co-MMA和(PEG2000-b-GMA)-co-MMA聚合物電解質膜。DSC分析發(fā)現(xiàn)其具有兩個

4、玻璃化轉變溫度。接觸角測試表明聚合物膜具有兩親性，平衡接觸角大小與共聚物兩親性網(wǎng)絡聚合物中PEG-b-GMA的分子量以及PEG-b-GMA與MMA摩爾組成的變化有關。兩親性共網(wǎng)絡聚合物凝膠聚合物中，MMA組分越少，PEG-b-GMA組分含量越高，體系的交聯(lián)度越大，離子電導率越高。并且(PEG2000-b-GMA)-co-MMA由于所含的EO基團鏈段長于(PEG200-b-GMA)-co-MMA體系，其離子電導率較高。
　　 研究

5、制備了不同分子量的聚醚胺（Jeffamine D400, Jeffamine D2000）做交聯(lián)劑，分別與P(AN-GMA)及聚（甲基丙烯酸縮水甘油酯-甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯）(P(GMA-PEGMA))交聯(lián)的網(wǎng)絡聚合物電解質體系。FTIR分析表明隨著Jeffamine D400和Jeffamine D2000用量的增加，環(huán)氧基團反應程度提高。拉伸測試結果表明聚醚胺用量的增加會使交聯(lián)體系的拉伸強度降低，斷裂伸長率提高。所制備的凝膠聚

6、合物電解質的DSC分析表明Jeffamine與P(AN-GMA)之間的相容性差于P(GMA-PEGMA)。分子量較大的Jeffamine所含的PPO鏈段較長，且Jeffamine用量越多，越有利于交聯(lián)聚合物體系的鏈運動，體系的室溫離子電導率較高。
　　 進一步研究將不同分子量的聚醚胺接枝到多壁碳納米管表面，分別與P(AN-GMA)和P(GMA-PEGMA)兩種聚合物復合，得到具有化學交聯(lián)結構的雜化聚合物膜。SEM表征發(fā)現(xiàn)表面接枝

7、的多壁碳納米管在兩種聚合物中被完全包裹，分散均勻。拉伸測試結果表明碳納米管與聚合物之間的化學交聯(lián)作用，提高了兩者之間的結合力，體系的拉伸強度大大提高，且較長鏈段聚醚胺接枝的碳納米管與聚合物之間的結合更加緊密，拉伸強度相對更高。由于P(GMA-PEGMA)的柔韌性高于P(AN-GMA)，體系的斷裂伸長率相對較大。多壁碳納米管表面接枝的聚醚胺，有利于提高復合體系與鋰離子的親和力，離子電導率提高。且Jeffamine D400接枝的碳納米管復

8、合體系的離子電導率高于Jeffamine D2000接枝的碳納米管復合體系。由于P(GMA-PEGMA)體系的玻璃化溫度低于P(AN-GMA)體系，離子電導率更加優(yōu)異。
　　 最后，采用靜電紡絲法制備了PVdF/PEO和納米SiO2復合PVdF/PMMA多孔纖維聚合物膜。SEM表征發(fā)現(xiàn)兩種膜纖維表面比較光滑，纖維之間相互交織，形成大量尺寸不一的孔洞結構。納米SiO2在PVdF/PMMA纖維表面分散比較均勻；含量較高時，部分納米粒