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

1、鋰金屬電池是一種能量密度較高的儲能設(shè)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(jī)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(fēng)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(dǎo)率低，界面阻抗大，仍很難在室溫下應(yīng)用;凝膠電解質(zhì)結(jié)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(jī)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(jī)二氧化硅可增強(qiáng)凝膠電解質(zhì)基體膜的機(jī)械性能;離子液體具有電化學(xué)窗口寬、不揮發(fā)、電導(dǎo)率高，應(yīng)用于凝膠電解質(zhì)可提高其離子電導(dǎo)率和電化學(xué)窗口寬?；谝陨希狙芯刻岢鲆环N由無機(jī)二氧化硅和哌啶類離子液體結(jié)合制備的二氧化硅納米顆粒負(fù)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(jìn)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(jī)械分析儀(DMA)測試方法對其結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、機(jī)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(gòu)建的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，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(qiáng)度和伸長率優(yōu)于未改性PVDF-HFP和SiO2改性纖維膜，拉伸強(qiáng)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(jié)構(gòu)，孔隙率明顯高于商業(yè)化Celgard隔膜，可促進(jìn)電池工作過程中動力學(xué)傳輸。
　　(3)運(yùn)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(xué)性能測試，并與未改性PVDF-HFP電解質(zhì)、SiO2改