鋰離子電池用復(fù)合型聚合物電解質(zhì)膜的設(shè)計(jì)、制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、聚合物電解質(zhì)膜是高性能聚合物鋰離子電池的重要元件之一。開發(fā)具有較高室溫離子電導(dǎo)率同時(shí)又具有優(yōu)異綜合性能的聚合物電解質(zhì)膜一直是該領(lǐng)域的重要課題。本文通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),首先利用聚合物對(duì)有序介孔氧化硅粒子表面進(jìn)行修飾,進(jìn)一步利用所得復(fù)合粒子對(duì)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚氧化乙烯(PEO)兩類聚合物電解質(zhì)膜進(jìn)行了系統(tǒng)的改性研究,為開發(fā)高性能聚合物電解質(zhì)膜提供了新的思路和系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　 (1)PMMA/PC/LiClO4/OMS-

2、g-PMMA體系。通過(guò)表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(SI-ATRP)技術(shù)使PMMA接枝于有序介孔氧化硅(OMS)孔道內(nèi)、外表面,制得表面PMMA接枝的OMS復(fù)合粒子(OMS-g-PMMA)；進(jìn)一步以O(shè)MS-g-PMMA為填充粒子,通過(guò)溶液澆注工藝制得一系列復(fù)合型聚合物電解質(zhì)膜PMMA/PC/LiClO4/OMS-g-PMMA。FTIR,TGA,SAXRD和HRTEM分析表明:PMMA已成功接枝于OMS粒子表面,接枝率為0.20 g PMM

3、A/g OMS；交流阻抗測(cè)試表明:與未經(jīng)改性的OMS填充體系相比,OMS-g-PMMA填充體系具有更優(yōu)的離子電導(dǎo)性能,其室溫電導(dǎo)率最高達(dá)1.06×10-4 S cm-1,較改性前聚電解質(zhì)膜提高近2個(gè)數(shù)量級(jí);力學(xué)性能測(cè)試和DSC分析均表明:經(jīng)OMS-g-PMMA填充改性后,體系的力學(xué)性能和耐熱性能都明顯提高。
　　 (2)PMMA/PC/LiClO4/e-OMS-g-PMMA體系。首先通過(guò)SI-ATRP技術(shù)使PMMA選擇性接枝于O

4、MS粒子的外表面,制得表面PMMA接枝、內(nèi)部保留有序多孔結(jié)構(gòu)的OMS核殼型粒子(e-OMS-g-PMMA)；進(jìn)一步利用所得e-OMS-g-PMMA粒子對(duì)PMMA基聚合物電解質(zhì)膜進(jìn)行填充改性,制得一系列不同比例下的復(fù)合型聚合物電解質(zhì)膜PMMA/PC/LiClO4/e-OMS-g-PMMA。FTIR,TGA,SAXRD和HRTEM分析表明,PMMA已選擇性接枝于OMS粒子的外表面,所得復(fù)合粒子具有核殼結(jié)構(gòu),OMS核仍保留有序孔道結(jié)構(gòu)；與改性

5、前OMS填充體系相比,e-OMS-g-PMMA填充體系具有更優(yōu)的離子導(dǎo)電性能、力學(xué)性能和耐熱穩(wěn)定性。其室溫離子電導(dǎo)率最高達(dá)1.59×10-4 S cm-1,拉伸強(qiáng)度和楊氏模量較改性前體系分別提高2.39和2.41倍,同時(shí)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高近10℃。
　　 (3)PEO/LiClO4/SBA15-g-HBPE體系。首先將烯烴聚合用后過(guò)渡金屬催化劑Pd-Diimine共價(jià)負(fù)載于有序介孔氧化硅SBA15粒子表面,進(jìn)一步通過(guò)表面引發(fā)乙烯

6、接枝聚合實(shí)現(xiàn)超支化聚乙烯(HBPE)在SBA15孔道表面接枝,制得表面HBPE接枝的SBA15復(fù)合型粒子(SBA15-g-HBPE)；在此基礎(chǔ)上利用所得SBA15-g-HBPE對(duì)PEO進(jìn)行填充改性,通過(guò)溶液澆注工藝制得一系列復(fù)合型聚合物電解質(zhì)膜PEO/LiClO4/SBA15-g-HBPE。FTIR,TGA,SAXRD、BET和HRTEM分析表明:HBPE可均勻接枝于SBA15孔道表面；DSC分析表明:一定比例的SBA15-g-HBPE