文档介绍：湘潭大学
硕士学位论文
咪唑类离子液体/聚合物电解质的制备及改性研究
姓名:黄再波
申请学位级别:硕士
专业:物理化学
指导教师:高德淑
20070501
摘要
离子液体是完全由离子组成的液体,具有较高的离子电导率、较宽的电化学
窗口、不挥发、不燃烧、热稳定性能好、环境友好等优良特性。将室温离子液体
引入聚合物中得到复合型离子液体/聚合物电解质,兼具离子液体和聚合物电解质
的优点,使得电池的安全性和稳定性都得到进一步提高,因此在锂离子电池、电
容器等器件中展示出良好的应用前景。本论文采用室温离子液体,1-乙基-3-甲基
咪唑四氟硼酸盐(EMIBF4)与聚偏氟乙烯-六氟丙烯[P(VDF-HFP)]聚合物复合制
备了新型离子液体/聚合物电解质。主要研究内容包括以下几个方面:
首先,以室温离子液体 EMIBF4 为反应介质,采用原位沉淀法,得到含 TiO2
微粒的离子液体凝胶,并将其作为共聚物 P(VDF-HFP)的增塑剂和离子源,采用
溶剂蒸发法制备出 P(VDF-HFP)/ EMIBF4-TiO2 聚合物电解质弹性膜。并进行了扫
描电镜、差示扫描量热、热失重和电化学性能的表征与测试。研究表明,填充 TiO2
微粒未降低复合聚合物电解质热稳定性,但是提高了聚合物电解质的离子电导
率,而且改善了聚合物电解质的机械性能。当 TiO2 质量分数为 3 %时,
-3
EMIBF4/P(VDF-HFP)(质量比为 )聚合物膜的离子电导率最大,为 ×10
-1
S·cm 。离子电导率的提高是因为复合 TiO2 的聚合物电解质膜结晶度降低,无定
形相区含量增加,而且形成了利于离子液体在其中快速连续扩散的聚合物网络。
其次,采用高压静电纺丝法制备出新型的 P(VDF-HFP)/ EMIBF4 聚合物电解
质,研究显示,离子液体聚合物电解质室温离子电导率达到 ×10-3 S·cm-1,接
近纯离子液体的电导率。将制备的此类新型离子液体/聚合物电解质应用于双电
层电容器中,并分别研究了双电层电容器在室温与高温下电化学性能的差异。当
工作温度为 80℃,电容器以 5mA·cm-2 的电流进行充放电时,500 次循环之后,
容量仍保持在 F·g-1,容量保持率为 %;而当工作温度为 25℃时;容量
保持在 F·g-1,容量保持率只有 %。因此,基于该聚合物电解质的双电层
电容器在高温条件下展示出相对优良的电化学性能。
另外,采用一步法合成了 Zwitterion 型离子液体 1-甲基-3-磺酸正丁基咪唑盐,
通过 TG 和 DSC 研究了其热稳定性能,并以共聚物 P(VDF-HFP)为基体,选取室
温离子液体 EMIBF4 作为增塑剂,加入四氟硼酸锂及 1-甲基-3-磺酸正丁基咪唑盐
制备了改性的离子液体聚合物电解质。研究表明 Zwitterion 型离子液体 1-甲基-3-
磺酸正丁基咪唑盐,具有较高的熔点和热分解温度,熔点为 219℃,分解温度达
320℃。当锂盐和 Zwitterion 盐的质量分数分别为 5%和 1%时,P(VDF-HFP)/
-3 -1
EMIBF4(质量比为 )离子液体聚合物电解质的电导率达 ×10 S·cm ,此
时聚合物电解质的表观离子输运活化能为 kJ·mol-1,Li+迁移数为。
I
最后,初步探讨了离子液体聚合物电解质 P(VDF- HFP)/EMIBF4/ LiBF4 /
Zwitterion 在 LiCoO2 /Li[Li1/3Ti5/3]O4 电池中的应用,以此组装的聚合物锂二次电
池以的电流进行充放电,首次放电比容量为 91 mAh·g-1,电压平台为。
但此电池的容量衰减较快,10 次循环后放电比容量为 23 mAh·g-1。

关键词:离子液体;聚合物电解质;离子电导率;高压静电纺丝;双电层电容器;
锂离子电池;Zwitterion 盐

II
ABSTRACT
Ionic liquids, which consist only of cations and anions, due to their excellent
properties, such as high ionic conductivity, immeasurably low vapor pressur