聚偏氟乙烯基微孔聚合物電解質(zhì)的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對于便攜電子產(chǎn)品所使用的高能密度可充電電池的需求逐漸增大。聚合物電解質(zhì)科學(xué)是一個(gè)涉及電化學(xué)，聚合物科學(xué)，有機(jī)化學(xué)和無機(jī)化學(xué)等學(xué)科的綜合性交叉學(xué)科。這一研究領(lǐng)域在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界得到了廣泛的研究。聚合物電解質(zhì)應(yīng)用于鋰離子電池具有兩項(xiàng)功能：第一是作為電解質(zhì)；第二是作為電極間隔膜。由最初的聚氧乙烯（PEO）固態(tài)電解質(zhì)到現(xiàn)在的凝膠聚合物電解質(zhì)，聚合物基體材料種類繁多，例如，聚氧乙烯（PEO）,聚乙烯醇（PVA），聚甲基丙烯酸甲酯（

2、PMMA），聚偏氟乙烯-六氟丙烯P(VDF-HFP),聚偏氟乙烯（PVDF）等。
　　 目前，聚合物電解質(zhì)主要包括三種：固體聚合物電解質(zhì)，凝膠聚合物電解質(zhì)和微孔聚合物電解質(zhì)。當(dāng)前，許多由聚合物基體，增塑劑或有機(jī)溶劑和烷基堿金屬鹽構(gòu)成的微孔聚合物電解質(zhì)在可充電電池和其它電化學(xué)器件的應(yīng)用方面得到了廣泛的研究。從工業(yè)化的角度出發(fā)，微孔聚合物電解質(zhì)有很大的優(yōu)點(diǎn)，如高的離子導(dǎo)電率和良好的機(jī)械性能?；谏鲜鲅芯勘尘氨疚闹攸c(diǎn)從微孔聚合物膜的熱

3、穩(wěn)定性，微孔膜微孔的二維結(jié)構(gòu)，無機(jī)填料對微孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電率的影響，有機(jī)電解液的易燃等方面出發(fā)，通過相轉(zhuǎn)化法，制備了聚偏氟乙烯和聚乙二醇為微孔膜基體的微孔聚合物電解質(zhì)。本文的工作可以概括為三部分：
　　 1.作為聚合物無機(jī)填料的有機(jī)化蒙脫土，熱穩(wěn)定性很差，其有機(jī)改性劑在溫度高于220 O C 攝氏度的時(shí)候開始分解。為了提高聚合物電解質(zhì)膜的熱穩(wěn)定性，提高電池的安全性，本文利用離子液體的高熱穩(wěn)定性，合成了1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽

4、離子液體并用其修飾蒙脫土（EMIm-MMT）。通過相轉(zhuǎn)化法以EMIm-MMT 為無機(jī)填料制備了聚偏氟乙烯-聚乙二醇復(fù)合微孔聚合物電解質(zhì)。
　　 FTIR，WXRD，TGA，EDS 等測試結(jié)果表明咪唑陽離子已成功插入蒙脫土層間，并改善了熱穩(wěn)定性。通過掃描電鏡，孔隙率，吸液率測試及交流阻抗分析對聚合物膜進(jìn)行了表征。首次提出聚合物微孔膜中可形成垂直通道和平行通道并分析了其對于儲液和導(dǎo)電率的影響。離子液體修飾的蒙脫土及以其制備的聚合物微

5、孔膜顯示出良好的熱穩(wěn)定性，有望將其應(yīng)用于鋰電池。
　　 2.在聚合物基體中加入無定形二氧化硅，沸石，粘土和玻璃纖維等納米粒徑的無機(jī)粉末，可進(jìn)一步改善聚合物電解質(zhì)膜的室溫離子電導(dǎo)率，同時(shí)加強(qiáng)聚合物電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度。然而，很少有文獻(xiàn)對不同填料對于聚合物電解質(zhì)離子導(dǎo)電率的貢獻(xiàn)做深入的探討。本文通過相轉(zhuǎn)化方法以聚偏氟乙烯（PVDF），聚乙二醇(PEG)，鋰化的蛭石(Li-VMT)制備了復(fù)合微孔聚合物電解質(zhì)。鋰化蛭石的加入提高了聚合物電解

6、質(zhì)的吸液率和導(dǎo)電率。提出鋰化蛭石在離子遷移中起著積極的作用，因?yàn)樗缪葜庪x子和提供鋰離子源的角色，故稱為活性填料。
　　 3. 以EC/DMC/DEC 為增塑劑的電解液具有很高的充放電循環(huán)次數(shù)并且沒有容量損失，但是它們的揮發(fā)性和可燃性將導(dǎo)致電池存在嚴(yán)重的安全問題。針對這一問題，本文利用離子液體的阻燃特性，將其作為阻燃添加劑，制備了阻燃電解液。將傳統(tǒng)有機(jī)電解液與離子液體混合，通過燃燒性實(shí)驗(yàn)和導(dǎo)電率測試，確定了兩者的最佳體積比。利