離子液體-納米復(fù)合聚合物電解質(zhì)的制備及其電化學(xué)研究.pdf

1、聚合物鋰離子電池具有安全性能好、能量密度高、易于成型等優(yōu)點受到廣泛關(guān)注。離子液體作為一種綠色化學(xué)溶劑,是目前化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。由于離子液體具有較高的離子電導(dǎo)率、較寬的電化學(xué)窗口、不燃燒、不揮發(fā)、熱穩(wěn)定性能好等特點,增塑聚合物電解質(zhì)后,可以改善鋰電池的安全性,避免了使用傳統(tǒng)的碳酸酯類增塑劑所帶來的安全隱患。
　　本論文中,使用室溫離子液體1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(EMIBF4)為增塑劑,與SiO2-聚偏氟乙烯-六氟丙烯[P

2、(VDF-HFP)]-LiBF4體系復(fù)合,制備了新型的高溫安全納米復(fù)合聚合物電解質(zhì)。主要研究內(nèi)容包括以下兩個方面:
　　1、用溶液鑄膜法制備了P(VDF-HFP)-LiBF4-SiO2-EMIBF4納米復(fù)合聚合物電解質(zhì)(nanocomposite polymer electrolyte,NCPE),用傅里葉紅外光譜(FTIR)、電子掃描電鏡(SEM)、熱失重(TG)、示差掃描量熱(DSC)等手段對其進行表征,用電化學(xué)阻抗譜(ele

3、ctrochemical impedance spectra,EIS)、循環(huán)伏安(CV)和線性掃描伏安(LSV)等技術(shù)對其進行電化學(xué)性能測試。FTIR結(jié)果表明,納米SiO2與聚合物鏈的相互作用,改變了聚合物的晶相。TG結(jié)果顯示,此類聚合物電解質(zhì)的熱分解溫度達到290℃,納米粒子含量對NCPE的熱穩(wěn)定性基本沒有影響。DSC結(jié)果表明,NCPE的結(jié)晶度隨SiO2納米粒子的加入而降低,無定形區(qū)增加,其離子電導(dǎo)率得到提高。CV和LSV結(jié)果顯示,N

4、CPE的陰極和陽極穩(wěn)定電位范圍分別為-1.0~-0.5V和4.05~5.66V(vs. Li/Li+)。當(dāng)SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％時,聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率最大,為0.47×10-3S/cm。以LiFePO4為正極材料,金屬鋰為負(fù)極材料,所得NCPE為隔膜組裝的聚合物鋰二次電池,在室溫下以0.1、0.2、0.5和1.0C放電時,電池的首次放電容量分別為133、101、73和58mAh/g,并且有較好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
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5、、用高壓靜電紡絲法制備了SiO2-P(VDF-HFP)納米復(fù)合聚合物膜,以EMIBF4為增塑劑,得到納米復(fù)合聚合物電解質(zhì)(NCPE)。研究結(jié)果顯示,在增塑劑體系中加入DEC和γ-BL雖然降低了聚合物電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性,但能提高其離子電導(dǎo)率和界面穩(wěn)定性。CV和LSV結(jié)果顯示,此類聚合物電解質(zhì)的陰極穩(wěn)定電位達-1.0V(vs.Li/Li+),陽極穩(wěn)定電位范圍為4.9~5.0V(vs.Li/Li+)。含5%SiO2的聚合物膜浸漬1mol/L L