層狀雙金屬氫氧化物改性PVDF基電解質(zhì)的研究.pdf

1、聚合物電解質(zhì)是鋰電池和燃料電池的重要組成部分，其電導(dǎo)率等特性是決定電池工作性能的重要因素。以偏氟乙烯均聚物或共聚物為基體的聚合物電解質(zhì)體系具有優(yōu)良的綜合性能，得到眾多研究者的關(guān)注。為了提高聚偏氟乙烯(PVDF)基電解質(zhì)的性能，本文提出了采用層狀雙金屬氫氧化物(LDH)進行改性的新方法，以期利用LDH帶正電性納米層板與電解質(zhì)陰離子形成靜電作用，形成有利于電解質(zhì)陰離子解離和傳輸?shù)沫h(huán)境，提高聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率，同時利用納米層板的阻隔性和增強

2、作用，提高PVDF的力學(xué)強度。 論文首先研究了不同陰離子插層對LDH剝離程度的影響，選擇在PVDF的溶劑和電解質(zhì)鹽的增塑劑N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中分散狀態(tài)佳的LDH。相對于其它陰離子插層LDH，十二烷基硫酸根插層LDH(DS-LDH)在DMF中剝離分散較好，大部分LDH粒子的粒徑小于100nm，少量粒徑在150～400nm之間。 研究了加入DS-LDH后，PVDF膜的形態(tài)和熱性能，以及不同制膜方法對PVDF膜形態(tài)

3、的影響。當DS-LDH含量從0％增加到7.41wt％時，PVDF結(jié)晶度從70.4％降到61.2％，孔隙率從2.0％提高到8.31％。采用不同方法制得的膜的內(nèi)孔結(jié)構(gòu)和孔隙率差異較大。采用直接澆鑄法(簡稱干法)制備的PVDF膜結(jié)構(gòu)致密，孔隙率低。隨著DS-LDH含量的增加，孔隙率有所增加，但增加程度有限，從2.0％增加至8.31％。采用將澆鑄膜置于凝固浴中的多孔膜法(簡稱濕法)和將非溶劑/溶劑溶解PVDF的直接澆鑄法(簡稱非溶劑法)制備多孔

4、膜，發(fā)現(xiàn)膜孔隙率均比干法高，膜內(nèi)孔隙均呈疏松的蜂窩狀。非溶劑法直接澆鑄制膜工藝簡單，膜表面平整，但是添加的非溶劑量不能過大(以控制在33.3v％以內(nèi)較佳)。而采用濕法時，膜表面容易收縮，較難制備平整的膜。因此，采用添加非溶劑法制膜簡單，效果佳。 研究了DS-LDH改性PVDF基電解質(zhì)的電導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)無論是鋰離子傳導(dǎo)還是質(zhì)子傳導(dǎo)PVDF基電解質(zhì)，當加入DS-LDH后，電導(dǎo)率都呈先上升后下降的趨勢。對于質(zhì)子傳導(dǎo)電解質(zhì)，DS-LDH添加

5、量為7.41wt％時，電導(dǎo)率達到最大值。采用干法制膜時，電導(dǎo)率為10-6S/cm數(shù)量級；使用濕法和非溶劑法電導(dǎo)率可以提高2個數(shù)量級，達到10-4S/cm數(shù)量級；對于凝膠型電解質(zhì)，可以達到10-3S/cm數(shù)量級，且電導(dǎo)率隨放置時間變化不大。對于鋰離子傳導(dǎo)凝膠電解質(zhì)，當DS-LDH含量為5.66wt％時，電導(dǎo)率達到最大，室溫下的電導(dǎo)率為53mS/cm。電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系符合Arrhenius方程。 根據(jù)添加DS-LDH后，PVDF膜