一类聚醚聚氨酯高分子离子液体电解质的制备与表征

论文摘要

本论文研究聚醚型高分子离子液体和阳离子聚醚聚氨酯固态电解质的合成与性能。课题任务主要分为以下几部分:（1）聚醚端羟基聚环氧氯丙烷（PECH）的合成与表征;（2）氮杂环化合物类聚醚型大分子离子液体的制备与表征;（3）对合成的聚醚型大分子离子液体进一步的扩链,制备阳离子型聚醚聚氨酯固态导电膜,并进行结构表征和性能研究。本论文采用对环氧氯丙烷阳离子开环聚合的方法,合成出不同分子量的端羟基PECH。用FTIR、HNMR和GPC对合成的PECH进行了分析表征,结果表明制备的产品符合我们设计的预期目标。在此基础上,我们对四种不同氮杂环化合物接枝PECH的工艺进行研究,得到了合成端羟基聚醚离子液体的最佳条件,通过阴离子交换得到了含有BF4-阴离子的聚醚离子液体,并对合成的聚醚离子液体进行了溶解性质和导电性质的研究。结果发现:①对N-甲基咪唑、喹啉、吡啶、N-甲基吗啡而言,当反应温度分别控制在40℃、60℃、80℃、80℃,反应时间分别为10h、12h、11h、11h,物料比分别为为1.8:1、1.6:1、1.6:1、1.6:1时,杂环化合物的单体转化率最高分别达到82.39%、83.97%、63.95%、72.83%;②由N-甲基咪唑和喹啉所合成的聚醚离子液体的导电性能较好,在甲醇中的室温电导率均达到10-3S·cm-1数量级。同时我们利用红外光谱和核磁对所合成的聚醚离子液体进行了详细的结构表征,通过线性电位扫描分析了聚醚离子液体的电化学稳定性,发现其电化学稳定性较好,电化学窗口均在3.6V以上。本文探索了阳离子型聚醚聚氨酯固态电解质的制备方法。通过将制得的不同类型端羟基聚醚离子液体扩链合成NCO封端的聚氨酯,进一步制备为聚合物固体电解质。利用红外光谱、热重分析、循环伏安、交流复阻抗等多种方法对合成的聚醚聚氨酯电解质进行了分析表征。结果表明:扩链后的聚醚离子液体电解质玻璃化温度和结晶性都有很大下降;温度和聚氨酯软段组成对电导率的影响明显。阳离子型聚醚聚氨酯固态电解质的电导率与温度的依赖关系能够较好的符合Arrhenius方程,制得的PECH-NMIMBF4-PU、PECH-QLBF4-PU、PECH-NMMBF4-PU、PECH-PYBF4-PU室温的电导率分别达到1.15×10-5S.cm-1、2.43×10-5S.cm-1、1.82×10-6S.cm-1、2.29×10-6S.cm-1,这说明我们已制备出具有较好形态和优良热稳定性和电导性能的固态电解质,该类产品可能具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及研究意义
• 1.2 固态聚合物电解质
• 1.2.1 固态聚合物电解质的类型
• 1.2.2 固态聚合物电解质研究进展
• 1.3 含离子液体的聚合物电解质
• 1.3.1 聚合物上引入离子液体结构的方法
• 1.3.2 含离子液体结构聚合物电解质的性质
• 1.3.3 离子液体聚合物电解质在锂离子电池中的应用
• 1.4 本论文的目的和任务
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 本论文的创新点
• 第2章 端羟基 PECH 的合成
• 2.1 引言
• 2.2 实验合成路线
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 实验原料与试剂
• 2.3.2 主要实验仪器
• 2.3.3 实验步骤
• 2.3.4 表征
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 实物照片
• 2.4.2 结构鉴定
• 2.4.3 分子量测定
• 第3章 聚醚离子液体的合成
• 3.1 引言
• 3.2 合成路线
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 实验原料及仪器
• 3.3.2 实验方法
• 3.3.3 测试与表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 反应条件对产物接枝率的影响
• 3.4.2 红外光谱分析
• 3.4.3 核磁共振氢谱分析
• 3.4.4 溶解性
• 3.4.5 电化学稳定性
• 3.4.6 导电性及其对温度的依赖性
• 第4章 高分子离子液体聚醚聚氨酯电解质的制备
• 4.1 引言
• 4.2 实验路线
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 实验原料与试剂
• 4.3.2 实验步骤
• 4.3.3 测定方法
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 实物照片
• 4.4.2 溶解性讨论
• 4.4.3 红外光谱分析
• 4.4.4 DSC 分析
• 4.4.5 TG 分析
• 4.4.6 电化学稳定性分析
• 4.4.7 离子电导性能
• 第5章 结论
• 参考文献
• 缩略语词汇表
• 附录单体化合物的标准谱图
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果