離子液體改性PVDF--HFP聚合物凝膠電解質(zhì)的制備及應用.pdf

1、鋰金屬電池是一種能量密度較高的儲能設備，具有環(huán)境友好、能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)勢，但由于大多采用碳酸酯類有機溶劑的液態(tài)電解質(zhì)，存在易泄漏、高溫易脹氣等問題，以上已成為鋰金屬電池發(fā)展的瓶頸問題。此外鋰離子不均勻沉積形成的枝晶易引發(fā)短路、燃燒甚至爆炸，給電池帶來很大的安全隱患。凝膠或固態(tài)聚合物電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì)，可避免漏液的風險，提高電池的安全性，其中固態(tài)電解質(zhì)由于室溫下離子電導率低，界面阻抗大，仍很難在室溫下應用;凝膠電解質(zhì)結合液態(tài)與固態(tài)電解

2、質(zhì)的優(yōu)勢，有望大幅度提高鋰電池的安全性。電場分布不均引起鋰離子不均勻沉積是形成枝晶的根本原因，提高電解質(zhì)的機械模量或鋰離子遷移數(shù)是解決這一問題的根本途徑。
　　由于無機二氧化硅可增強凝膠電解質(zhì)基體膜的機械性能;離子液體具有電化學窗口寬、不揮發(fā)、電導率高，應用于凝膠電解質(zhì)可提高其離子電導率和電化學窗口寬。基于以上，本研究提出一種由無機二氧化硅和哌啶類離子液體結合制備的二氧化硅納米顆粒負載哌啶離子液體(SiO2PPTFSI)改性的PV

3、DF-HFP凝膠電解質(zhì)以有效提高鋰金屬電池的安全性能。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用三步法合成了SiO2PPTFSI改性材料，選用質(zhì)譜、液體核磁光譜、傅里葉紅外光譜、固體核磁光譜等分析對中間產(chǎn)物和目的產(chǎn)物進行的表征。
　　(2)選用靜電紡絲紡織出PVDF-HFP納米纖維膜，研究了紡絲液粘度、推注速度、操作電壓以及聚合物分子量大小四個條件，篩選出較優(yōu)的紡絲條件，并制備SiO2PPTFSI改性納米纖維膜;選用高壓電解液增塑后

4、得到了SiO2PPTFSI改性凝膠電解質(zhì)。采用掃描電鏡(SEM)、動態(tài)機械分析儀(DMA)測試方法對其結構、熱穩(wěn)定性、機械性能分析，通過SEM觀測纖維膜的形貌知，該膜是由直徑100-150nm纖維構建的立體網(wǎng)狀結構，PVDF-HFP纖維表面光滑，SiO2和SiO2PPTFSI改性纖維表面較粗糙，有許多小突起。纖維膜的熱穩(wěn)定性優(yōu)于Celgard膜，在120℃下Celgard隔膜出現(xiàn)明顯卷曲，而纖維膜不發(fā)生收縮、卷曲，具有良好的穩(wěn)定性。Si

5、O2PPTFSI改性纖維膜的拉伸強度和伸長率優(yōu)于未改性PVDF-HFP和SiO2改性纖維膜，拉伸強度為7.88MPa，伸長率為135.8％。纖維膜比表面積大，吸液率高，纖維膜具有全通孔結構，孔隙率明顯高于商業(yè)化Celgard隔膜，可促進電池工作過程中動力學傳輸。
　　(3)運用計時電流法(CA)、交流阻抗(EIS)、線性掃描(LSV)、對稱鋰電池循環(huán)、循環(huán)伏安(CV)等對電化學性能測試，并與未改性PVDF-HFP電解質(zhì)、SiO2改