聚偏氟乙烯微孔聚合物电解质的制备及电化学性能研究.pdfVIP

摘 要 随着经济的发展，对于便携电子产品所使用的高能密度可充电电池的需求 逐渐增大。聚合物电解质科学是一个涉及电化学，聚合物科学，有机化学和无机 化学等学科的综合性交叉学科。这一研究领域在学术界和工业界得到了广泛的研 究。聚合物电解质应用于锂离子电池具有两项功能：第一是作为电解质；第二是 作为电极间隔膜。由最初的聚氧乙烯（PEO ）固态电解质到现在的凝胶聚合物电 解质，聚合物基体材料种类繁多，例如，聚氧乙烯（PEO ）,聚乙烯醇（PVA ）， 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA ），聚偏氟乙烯-六氟丙烯 P(VDF-HFP),聚偏氟乙烯 （PVDF ）等。 目前，聚合物电解质主要包括三种：固体聚合物电解质，凝胶聚合物电解 质和微孔聚合物电解质。当前，许多由聚合物基体，增塑剂或有机溶剂和烷基碱 金属盐构成的微孔聚合物电解质在可充电电池和其它电化学器件的应用方面得 到了广泛的研究。从工业化的角度出发，微孔聚合物电解质有很大的优点，如高 的离子导电率和良好的机械性能。基于上述研究背景本文重点从微孔聚合物膜的 热稳定性，微孔膜微孔的二维结构，无机填料对微孔结构，导电率的影响，有机 电解液的易燃等方面出发，通过相转化法，制备了聚偏氟乙烯和聚乙二醇为微孔 膜基体的微孔聚合物电解质。本文的工作可以概括为三部分： 1. 作为聚合物无机填料的有机化蒙脱土，热稳定性很差，其有机改性剂在 温度高于 220OC 摄氏度的时候开始分解。为了提高聚合物电解质膜的热稳定性， 提高电池的安全性，本文利用离子液体的高热稳定性，合成了 1-乙基-3-甲基咪 唑四氟硼酸盐离子液体并用其修饰蒙脱土（EMIm-MMT ）。通过相转化法以 EMIm-MMT 为无机填料制备了聚偏氟乙烯-聚乙二醇复合微孔聚合物电解质。 FTIR, WXRD, TGA ，EDS 等测试结果表明咪唑阳离子已成功插入蒙脱土层间， 并改善了热稳定性。通过扫描电镜，孔隙率，吸液率测试及交流阻抗分析对聚合 物膜进行了表征。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 其对于储液和导电率的影响。离子液体修饰的蒙脱土及以其制备的聚合物微孔膜 显示出良好的热稳定性，有望将其应用于锂电池。 2. 在聚合物基体中加入无定形二氧化硅，沸石，粘土和玻璃纤维等纳米粒 径的无机粉末，可进一步改善聚合物电解质膜的室温离子电导率，同时加强聚合 物电解质的机械强度。然而，很少有文献对不同填料对于聚合物电解质离子导电 率的贡献做深入的探讨。本文通过相转化方法以聚偏氟乙烯（PVDF ），聚乙二醇 II (PEG)，锂化的蛭石(Li-VMT)制备了复合微孔聚合物电解质。锂化蛭石的加入提 高了聚合物电解质的吸液率和导电率。提出锂化蛭石在离子迁移中起着积极的作 用，因为它扮演着阴离子和提供锂离子源的角色，故称为活性填料。 3. 以EC/DMC/DEC为增塑剂的电解液具有很高的充放电循环次数并且没 有容量损失，但是它们的挥发性和可燃性将导致电池存在严重的安全问题。针对 这一问题，本文利用离子液体的阻燃特性，将其作为阻燃添加剂，制备了阻燃电 解液。将传统有机电解液与离子液体混合，通过燃烧性实验和导电率测试，确定 了两者的最佳体积比。利用相转移法制备了聚偏氟乙烯-聚乙二醇微孔聚合物电 解质，对使用阻燃型电解液的聚偏氟乙烯-聚乙二醇聚合物电解质的孔隙率，吸 液率及导电机理进行了探讨。当离子液体的体积分数为60%或更多的时候，混合 电解液阻燃。这种新的阻燃性电解液在聚合物电解质中具有很大的发展潜力。 关键词：聚合物电解质，PVDF, PEG, 离子液体。 III ABSTRACT In recent years, there has been a growing demand for high-energy density rechargeable batteries for portable electronic products. The science of polymer electrolytes