含氟聚合物電解質(zhì)的研究.pdf

1、凝膠聚合物鋰離子電池是在液體鋰離子電池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的第二代可充電鋰離子電池，它不僅具有液態(tài)鋰離子電池的高電壓、高能量密度、長循環(huán)壽命以及清潔無污染等特點，而且電池中不存在游離的電解液，改善了液態(tài)鋰離子電池可能出現(xiàn)的漏液、爆炸等問題，電池的外形設(shè)計組裝也靈活方便，廣泛應(yīng)用于電動汽車、移動通訊等領(lǐng)域，因此，對凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)膜的需求也日益增加，凝膠聚合物電解質(zhì)膜的研究也得到了眾多研究者的關(guān)注。盡管目前工業(yè)上凝膠聚合物電解質(zhì)已經(jīng)

2、開始應(yīng)用于鋰離子電池，但仍存在一些技術(shù)問題，主要有：(1) 目前凝膠聚合物電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率可達10-3S/cm數(shù)量級，已經(jīng)能基本滿足應(yīng)用的要求，但相比液態(tài)電解液的電導(dǎo)率(10-2S/cm)，凝膠聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率仍然偏低，使得由其組裝而成的鋰離子電池的大電流充放電和低溫性能都大幅降低；(2) 凝膠聚合物電解質(zhì)由于吸收了大量液體電解質(zhì)，從而使得機械強度較差。而提高聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率的方法通常會降低其機械性能。本論文針對凝膠聚合物電

3、解質(zhì)現(xiàn)存的這些問題展開研究，以含氟聚合物為骨架，設(shè)計了三種多孔凝膠型聚合物電解質(zhì)。采用FTIR、DSC、TGA、XRD、SEM等物理和化學(xué)測試手段，以及交流阻抗譜和線性掃描伏安法等電化學(xué)測試手段，研究凝膠聚合物電解質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、膜表面形態(tài)、熱性能和電化學(xué)性能。主要結(jié)果有： 1．采用電子束預(yù)輻照的方法，將甲基丙烯酸甲酯（MMA）接枝到聚偏氟乙烯（PVDF）多孔膜表面，制備了PVDF-g-PMMA多孔凝膠聚合物電解質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)輻

4、照劑量增加，接枝率增加；接枝率隨單體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的增大而迅速增加，單體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)達70％時接枝率最高；從40℃開始接枝率緩慢上升，到60℃時陡增，之后基本不變。接枝率為37.2％時，最大液體電解質(zhì)吸液量達280％，室溫離子電導(dǎo)率為6.1×10-3S/cm，電化學(xué)穩(wěn)定窗口達到5.5V。 2．采用電子束預(yù)輻照的方法，將MMA接枝到PVDF無紡布表面，制備了PVDF-g-PMMA無紡布凝膠聚合物電解質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，各因素對接枝率的影響規(guī)律

5、與PVDF多孔膜的接枝反應(yīng)類似；PVDF無紡布對液體電解質(zhì)的吸附速度很快，10s即可達到最大吸附量210％，接枝率為111.8％的PVDF-g-PMMA無紡布也只需50s達到最大吸附量260％，室溫離子電導(dǎo)率為7.9×10-3S/cm。接枝率為111.8％的PVDF-g-PMMA無紡布凝膠聚合物電解質(zhì)組裝聚合物電池，以0.1C放電容量為100％計算，在5C放電時能放出約85％的容量。 3．采用混煉法和溶液混合法將不同種類的造孔劑

6、分散到氟硅橡膠中，硫化成膜后萃取造孔劑制備了氟硅橡膠多孔膜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溶液法制備的氟硅橡膠多孔膜孔隙率高，孔徑尺寸小，分布均勻，優(yōu)于混煉法制備的氟硅橡膠多孔膜孔。 4．采用溶液混合法，以聚苯乙烯為造孔劑，制備了氟硅橡膠多孔膜。氟硅橡膠與聚苯乙烯質(zhì)量比為1:1時，孔隙率達43％，最大孔徑尺寸小于1μm，分布均勻且孔洞相互貫通，適于用作聚合物電解質(zhì)。以1mol/L LiClO4/EC-DMC(1:1，V/V)為電解液，液體電解質(zhì)最大