论文摘要
锂（离子）电池中使用的传统电解质是由有机溶剂和锂盐组成的,这些电解质溶液与锂电极有较高的反应活性,易泄漏,易燃烧,使用寿命不够长。然而聚合物固体电解质具有质轻、无泄漏、易成膜等优点,在二次电池、电致变色器件、化学晶体管等方面具有潜在的应用价值,因而固体聚合物电解质的基础研究与应用开发方兴未艾。现在,聚合物固体电解质的研究现已进入第三代,即在聚合物固体电解质中无机粒子（如TiO2, ZrO2, Al2O3）得到的无机粉体-聚合物复合固体电解质,尤其无机纳米粒子掺杂的固体聚合物电解质表现出许多优点,本文通过设计合成,制备出一系列性复合型聚合物固体电解质,对其化学结构、热力学性质、离子导电率等方面进行了初步的研究。本文的工作可以概括为以下三个方面:1.首先,合成了一类线性聚醚聚氨酯,并以此聚合物为基体加入锂盐,分别掺入纳米SiO2、纳米TiO2制备了两类复合聚合物固体电解质（CSPE）。在室温下,纳米SiO2复合型聚合物固体电解质的电导率最大,达到6.40×10-6S/cm。通过红外光谱、热分析及交流阻抗等手段研究了电解质本体,以及掺入无机氧化物粒子之后其质量分数与离子电导率之间的关系,结果表明,纳米SiO2质量分数达到15%,纳米TiO2质量分数达到25%时离子电导率最大。在室温下,加入纳米SiO2比加入纳米TiO2的离子电导率要高,但随着温度的升高,这种差距越来越小。2.其次,用聚乙二醇单甲醚-400与甲基丙烯酸直接酯化反应,以甲苯为带水剂,对甲苯磺酸为催化剂,合成了甲基丙烯酸聚乙二醇单酯。通过实验确定酯化反应的最佳条件:甲基丙烯酸/聚乙二醇单甲醚-400的摩尔比为2.5:1,反应温度是115℃,阻聚剂对苯二酚为0.78% （以醇酸总质量计）,反应时间为9 h,催化剂对甲苯磺酸为3%（以醇酸总质量计）,产率为87.5%。产品结构经IR和1HNMR、13CNMR表征,证明为目标产物。之后利用甲基丙烯酸聚乙二醇单酯与丙烯酸六氟丁酯共聚合成高聚物,并以此聚合物为基体与锂盐络合,并掺入纳米SiO2,而得到复合型聚合物固体电解质,对其结构、离子导电性能进行了研究。通过红外光谱、透射电镜和交流阻抗分析对聚合物基体及聚合物电解质进行了分析。在室温下,纳米SiO2质量分数达到15%时,复合聚合物固体电解质的离子电导率最大,达到1.6×10-6 S/cm。3.蛭石通过三甲基十六烷基溴化铵（HTAB）处理得到有机化蛭石,利用FTIR、XRD等手段对其进行表征。聚乙二醇熔融直接插层有机化蛭石得到PEG/OVMT复合材料,之后此复合材料与锂盐复合得到聚合物固体电解质,通过TEM、交流阻抗等手段研究了其复合材料与聚合物固体电解质。研究发现在室温条件下,当有机化蛭石含量为1 wt%时,复合型聚合物固体电解质的离子电导率达到最大,为2.1×10-5S·cm-1。