文档介绍：南昌大学
硕士学位论文
新型增塑剂的合成及其凝胶聚合物电解质性能研究
姓名:涂洪成
申请学位级别:硕士
专业:物理化学
指导教师:古宁宇
20100614
摘要凝胶聚合物电解质具有液体电解质的性质胱拥绲悸式细同时又具有聚合物良好的加工性能,是制备高功率密度和高能量密度、长循环寿命的聚合物锂离子电池的重要材料之一。一般来说,性能良好的凝胶聚合物电解质应当具有以下特点:较高电导率、较高的锂离子迁移数,较宽的电化学稳定窗口,良好的热力学和电化学稳定性以及较高的机械强度,与电极的相容性良好等。增塑剂在凝胶聚合物电解质中的作用如下:档途酆衔锏缃庵实牟AЩ1湮露龋岣呔酆衔锪炊蔚那ㄒ菩裕助于随聚合物链段一起运动的载流子的输运;ü技佑刖酆衔锓肿又涞南嗷プ饔茫岣呔酆衔锛捌渥陨淼募性,转而促进锂盐在聚合物电解质中的解离;苹碉胱佑刖酆衔镏涞呐湮患垢嗟娘胱釉谀禾卸是在晶相中运动。碳酸丙烯酯作为增塑剂具有许多优点,比如它的介电常数较高,溶解锂盐的能力强,液态温度范围宽鄣悖℃,沸点,价格便宜等。但是也有很多缺点,其中最主要的是与电极材料特别是负极材料的相容性不好,易于在碳负极发生分解,并与锂离子形成共插现象,导致石墨的明显脱落。为了提高凝胶聚合物电解质的离子电导率,我们加入了大量的增塑剂,然而大量的增塑剂比如%含量的增塑剂会降低凝胶聚合物电解质的力学性能。在凝胶聚合物电解质中添加无机纳米粒子,不但可以提高其力学性能,改善其稳定性,还可以一定程度上改善其电化学性能,比如增大离子电导率和热稳定为了获得综合性能良好的凝胶聚合物电解质薄膜,我们制备了一种新型的增塑剂,并利用和组成混合增塑剂,以;澹琇为锂盐,通过调节与的比例以及增塑剂在凝胶聚合物电解质中的含量,分别制备了复合凝胶聚合物电解质薄膜。研究了其电化学性能以及热分析性能等性质。最后,我们通过向凝胶聚合物电解质中掺杂纳米级勰┲票噶烁春暇摘要性。
合物电解质体系,采用交流阻抗法研究了体系的电导率随温度的变化规律,掺杂以后的凝胶聚合物电解质体系提高了聚合物基体的柔性并降低了慕峋度,所以室温电导率有明显增加。同时我们对体系的热性能进行了分析,发现热稳定性有所提高。关键词:凝胶聚合物电解质;增塑剂;电导率;纳米舢勰摘要
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⒄,使用方便且对环境友好等特点而日益成为人们生活中所不可缺少的化学电源。目前常用的电池有不可充电的一次电池和可以反复使用若干次的二次电池如铅酸电池、镍镉电池等。传统的电池如铅酸电池、镍镉电池等具有比能量低、对环境污染严重等问题,因此人们迫切希望具有更高性能更加环保的电池来满足生活的需要。由于锂是自然界中质量最轻、氧化还原电位最低、质量能量密度的金属,因此用锂胱电池具有传统电池无可比拟的优点。一般锂电池可以分为一次锂电池和可充电的二次锂离子电池,由于一次锂电池具有不可循环利用的性质,这就造成了资源的巨大浪费。锂离子二次电池具有重量轻、容量大、无记忆效应、可循环利用等优点,因而得到了普遍应用”。在二次锂电池开发过程中,最早是用锂金属作为负极。但是这种电池在充电过程中,容易在负极表面形成枝晶,这种锂枝晶能够刺破隔膜而与正极接触,因此形成了巨大安全隐患。直到世纪年代,人们才发现锂离子可以嵌入到某些层状化合物中,为锂离子电池的研究提供了可能【俊>艹ひ欢问奔涞研究,世纪年代末人们终于发现用具有石墨结构的碳材料来取代锂金属做负极,以锂与过渡金属的复合氧化物如氧化钴锂作为正极制备锂离子电池,这样的充电电池体系就解决了锂电池的安全问题,同时具有更高的能量密度。年,锂离子二次电池实现了商品化。我们以阕唇峁刮镏首魑Uú牧希杭ú牧喜捎檬ɑ疾牧为例来说明锂离子电池的工作原理,如图所示。当锂离子电池充电时,在电压的作用下,锂离子从正极材料中脱嵌,进入电解液中,经过溶剂分子的输送,到达负极,然后嵌入到负极材料中;而在电池放电时,锂离子由负极脱嵌,进入电解液,再有溶剂分子的输送,到达正极,嵌入到录ú牧现小6缱泳第一章绪论
负极儿三玉正及上一:,—一舭罂掣:,—.:。掣。:::。。.胱拥绯卣杭ú牧外电路就形成了电流。这种充放电过程好像一把摇椅在来回摆动,因此人们又形象地把锂离子电池称为“摇椅电池”。锂离子电池的电极反应式如下所示:锂离子正负极材料是锂离子电池的重要组成部分,其中正极材料是锂离子电池的关键材料之一。目前所用的正极材料主要有、、约癗2牧系取目前在通讯电池领域应用广泛,属于六方晶型结构,为占淙骸F渲蠰和”各自位于立方紧密堆积氧层中交替的八面体位置,琧.,痑比一般为铡俊T诔浞诺绻讨校梢源覮矫娼峁股戏⑸赡嫱亚叮度敕从Γ胱釉诩锨康腃层间进行二维运动,锂离子电