论文摘要
聚合物电解质在化学电源、电致变色、光电化学和化学传感器等方面的巨大应用前景是目前科学研究的热点。特别是凝胶型聚合物电解质已经在各种高档设备和仪器中使用,但存在电解质膜稳定性和机械性差、液体电解质的渗析、电解质膜与电极相容性等问题。复合型聚合物电解质作为一种固态聚合物电解质,有望取代目前用于锂电池的液态电解质,但其室温电导率较低,仍达不到实际应用的要求。为了提高聚合物电解质的电导率,添加酸化纳米粒子（TiO2或SiO2）,制备出纳米粒子/PEO复合聚合物电解质。通过X-射线衍射、IR、DSC、SEM、POM、数字显微镜、拉伸测试和交流阻抗对电解质膜的性能进行了表征,主要研究了无机微粒中酸含量对电解质电导率的影响。结果表明,SiO2微粒中酸含量对电导率影响不大;TiO2微粒中的酸含量与电导率成正比。当含酸量为8%时,电解质的室温电导率可达1.83×10-6S/cm。利用液晶离聚物的液晶性和离子导电性,首次把液晶离聚物应用到锂离子电池电解质当中,制备出液晶离聚物（主链液晶离聚物MLCI或侧链液晶离聚物SLCI）/PEO固体聚合物电解质,此种聚合物电解质在国内外未见报道。通过IR、DSC、SEM、POM、数字显微、拉伸测试和交流阻抗对电解质膜的性能进行了表征,主要研究了液晶离聚物含量对电解质电导率的影响。结果表明,MLCI的加入增加电解质的结晶,但提高了电导率。电解质的电导率随着MLCI含量的增加先升高后降低,在其含量为3%时,电解质的电导率达到最大值1.15×10-5S/cm;对于SLCI的加入,电解质结晶度增加,电导率随着SLCI含量的增加而降低,在其含量为7%时,电解质的电导率减小到10-8S/cm数量级。采用导电增强机制和动态键合渗透理论模型,解释结晶度的增加,电导率增大的原因:通过提高实际扩散系数Dσ,也就是增加有效载流子的浓度,从而提高聚合物电解质的电导率。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 概述1.2 锂离子电池1.2.1 锂离子电池的诞生过程1.2.2 锂离子电池的工作原理1.2.3 导电聚合物正极材料1.2.4 锂离子电池的发展前景1.3 固体聚合物电解质基体的设计1.4 聚合物固体电解质的分类1.4.1 全固态聚合物电解质1.4.2 凝胶型聚合物电解质1.4.3 多孔状聚合物电解质1.4.4 无机粉末复合型聚合物电解质1.4.5 Polymer-in-salt型聚合物电解质1.4.6 质子导体聚合物电解质1.4.7 液晶离聚物电解质1.5 课题研究目的及意义第二章 实验部分2.1 主要试剂2.2 主要仪器2.3 分析测试方法2.3.1 X射线衍射2.3.2 红外光谱2.3.3 形貌分析2.3.4 偏光显微镜2.3.5 力学性能2.3.6 差示扫描量热分析2.3.7 电导率第三章 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质3.1 前言3.2 纳米粒子的酸化3.3 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的制备3.4 结果与讨论3.4.1 纳米粒子的XRD分析3.4.2 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的红外光谱3.4.3 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的形貌3.4.4 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的力学性能3.4.5 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的DSC3.4.6 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的交流阻抗3.4.7 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的导电性能3.5 小结第四章 液晶离聚物/PEO固体聚合物电解质4.1 前言4.2 MLCI/PEO固体聚合物电解质4.2.1 MLCI的合成4.2.2 MLCI/PEO固体聚合物电解质的制备4.2.3 MLCI/PEO固体聚合物电解质的结构4.2.4 MLCI/PEO固体聚合物电解质的形貌4.2.5 MLCI/PEO固体聚合物电解质的能谱4.2.6 MLCI/PEO固体聚合物电解质的偏光显微镜4.2.7 MLCI/PEO固体聚合物电解质的力学性能4.2.8 MLCI/PEO固体聚合物电解质的DSC4.2.9 MLCI/PEO固体聚合物电解质的电化学性能4.3 SLCI/PEO固体聚合物电解质4.3.1 SLCI的合成4.3.2 SLCI/PEO固体聚合物电解质的制备4.3.3 SLCI/PEO固体聚合物电解质的结构分析4.3.4 SLCI/PEO固体聚合物电解质的形貌分析4.3.5 SLCI/PEO固体聚合物电解质的偏光显微镜分析4.3.6 SLCI/PEO固体聚合物电解质的力学性能4.3.7 SLCI/PEO固体聚合物电解质的DSC分析4.3.8 SLCI/PEO固体聚合物电解质的电化学性能4.4 导电机理4.4.1 导电增强机制4.4.2 动态键合渗透理论模型4.5 小结第五章 结论参考文献在学研究成果致谢
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