離子液體增塑P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質(zhì)的制備及電化學(xué)研究.pdf

1、聚合物鋰離子電池是由正、負(fù)極材料和電解質(zhì)組成的體系，因?yàn)榫哂心芰棵芏雀?、安全、易于加工成型和循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。雖然固態(tài)聚合物鋰離子電池可以解決傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池的安全問題，但是由于固態(tài)聚合物電解質(zhì)室溫離子導(dǎo)電率低限制了其在動力鋰離子電池中的應(yīng)用。增塑固態(tài)聚合物電解質(zhì)得到的凝膠聚合物電解質(zhì)，特別是離子液體增塑的凝膠聚合物電解質(zhì)具有室溫離子導(dǎo)電率高，高溫安全性好等特點(diǎn)引起廣泛的關(guān)注。本文以P(VDF-HFP)聚合物為基體，開展離子

2、液體增塑的凝膠聚合物電解質(zhì)的研究，研究內(nèi)容如下：
　　1.我們以 P(VDF-HFP)作為基體，在其溶液中加入不同咪唑類離子液體作為增塑劑，并加入相應(yīng)的鋰鹽以提高鋰離子源，采用簡單的溶液鑄膜工藝制備鋰離子電池用P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質(zhì)。它們的熱分解溫度和結(jié)晶度都降低，但具有較高的熱穩(wěn)定性。以 EMImTFSI為增塑劑時，得到的凝膠聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率最高，室溫下達(dá)到0.70×10-3 S cm-1，表現(xiàn)出較寬的電

3、化學(xué)穩(wěn)定窗口。以其為隔膜組裝的Li/LiFePO4電池進(jìn)行充放電結(jié)果顯示，聚合物鋰離子電池具有良好的循環(huán)性能和倍率性能。
　　2.為改善 P(VDF-HFP)基凝膠聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)性能和簡化其制備工藝，我們在P(VDF-HFP)溶液中，加入MM A單體，采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法原位生成PMMA，原位聚合誘導(dǎo)相分離的方法，一步法制備P(VDF-HFP)/PMMA基凝膠聚合物電解質(zhì)。FTIR圖顯示 MMA單體成功聚合成 PMMA。

4、通過 SEM觀察到 PMMA均勻分散在 P(VDF-HFP)相中，形成半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有雙連續(xù)相微觀結(jié)構(gòu)。隨著MMA的加入，聚合物膜內(nèi)的P(VDF-HFP)球晶顆粒粒徑降低，聚合物膜內(nèi)微孔的孔徑減小，微孔數(shù)量增加。DSC測試結(jié)果顯示，原位聚合的MMA進(jìn)一步降低了P(VDF-HFP)的結(jié)晶度。當(dāng)P(VDF-HFP)和MMA質(zhì)量之比為2:1時，室溫離子電導(dǎo)率增加到0.89×10-3 S cm-1，而且電化學(xué)穩(wěn)定窗口提高到5.5 V。以其為

5、隔膜組裝的Li/LiFePO4電池在0.1C的電流密度下，首次放電比容量為157 mAhg-1，經(jīng)過50次循環(huán)之后，電池容量仍有146mAhg-1，容量保持率為93％。在1C的電流密度下，電池比容量為129 mAhg-1，50次循環(huán)之后電池比容量為112 mAhg-1。
　　3.為進(jìn)一步提高 P(VDF-HFP)/PMMA共混凝膠聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，改善其力學(xué)性能和界面穩(wěn)定性能，增加鋰離子的遷移數(shù)，我們采用原位分解合成納米S

6、iO2的方法，制備納米SiO2摻雜的P(VDF-HFP)/PMMA基納米復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)。探索 SiO2填充量對凝膠聚合物電解質(zhì)的成膜性能、形貌、微孔結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。當(dāng)SiO2的填充量為5％時，所得納米復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)膜具有最高的室溫離子電導(dǎo)率，達(dá)到1.1×10-3 S cm-1，電化學(xué)穩(wěn)定窗口為5.5 V左右，增加了界面穩(wěn)定性。Li/LiFePO4模擬電池在0.1C倍率下的比容量為168 mAhg-1，50次循環(huán)之后容