咪唑類離子液體-聚合物電解質(zhì)的制備及改性研究.pdf

1、離子液體是完全由離子組成的液體，具有較高的離子電導(dǎo)率、較寬的電化學(xué)窗口、不揮發(fā)、不燃燒、熱穩(wěn)定性能好、環(huán)境友好等優(yōu)良特性。將室溫離子液體引入聚合物中得到復(fù)合型離子液體/聚合物電解質(zhì)，兼具離子液體和聚合物電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，使得電池的安全性和穩(wěn)定性都得到進(jìn)一步提高，因此在鋰離子電池、電容器等器件中展示出良好的應(yīng)用前景。
　　 本論文采用室溫離子液體，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（EMIBF4）與聚偏氟乙烯-六氟丙烯[P(VDF-HF

2、P)]聚合物復(fù)合制備了新型離子液體/聚合物電解質(zhì)。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　 首先，以室溫離子液體EMIBF4為反應(yīng)介質(zhì)，采用原位沉淀法，得到含TiO2微粒的離子液體凝膠，并將其作為共聚物P(VDF-HFP)的增塑劑和離子源，采用溶劑蒸發(fā)法制備出P(VDF-HFP)/EMIBF4-TiO2聚合物電解質(zhì)彈性膜。并進(jìn)行了掃描電鏡、差示掃描量熱、熱失重和電化學(xué)性能的表征與測試。研究表明，填充TiO2微粒未降低復(fù)合聚合物電解質(zhì)

3、熱穩(wěn)定性，但是提高了聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，而且改善了聚合物電解質(zhì)的機(jī)械性能。當(dāng)TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％時，EMIBF4/P(VDF-HFP)（質(zhì)量比為1.0）聚合物膜的離子電導(dǎo)率最大，為4.1×10-3 S·cm-1。離子電導(dǎo)率的提高是因為復(fù)合TiO2的聚合物電解質(zhì)膜結(jié)晶度降低，無定形相區(qū)含量增加，而且形成了利于離子液體在其中快速連續(xù)擴(kuò)散的聚合物網(wǎng)絡(luò)。
　　 其次，采用高壓靜電紡絲法制備出新型的P(VDF-HFP)/EMIBF

4、4聚合物電解質(zhì)，研究顯示，離子液體聚合物電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率達(dá)到8.43×10-3 S·cm-1，接近純離子液體的電導(dǎo)率。將制備的此類新型離子液體/聚合物電解質(zhì)應(yīng)用于雙電層電容器中，并分別研究了雙電層電容器在室溫與高溫下電化學(xué)性能的差異。當(dāng)工作溫度為80℃，電容器以5mA·cm-2的電流進(jìn)行充放電時，500次循環(huán)之后，容量仍保持在109.5F·g-1，容量保持率為96.4％；而當(dāng)工作溫度為25℃時；容量保持在76.9 F·g-1，容量保

5、持率只有81.3％。因此，基于該聚合物電解質(zhì)的雙電層電容器在高溫條件下展示出相對優(yōu)良的電化學(xué)性能。
　　 另外，采用一步法合成了Zwitterion型離子液體1-甲基-3-磺酸正丁基咪唑鹽，通過TG和DSC研究了其熱穩(wěn)定性能，并以共聚物P(VDF-HFP)為基體，選取室溫離子液體EMIBF4作為增塑劑，加入四氟硼酸鋰及1-甲基-3-磺酸正丁基咪唑鹽制備了改性的離子液體聚合物電解質(zhì)。研究表明Zwitterion型離子液體1-甲基-

6、3-磺酸正丁基咪唑鹽，具有較高的熔點(diǎn)和熱分解溫度，熔點(diǎn)為219℃，分解溫度達(dá)320℃。當(dāng)鋰鹽和Zwitterion鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5％和1％時，P(VDF-HFP)/EMIBF4（質(zhì)量比為1.0）離子液體聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率達(dá)1.57×10-3 S·cm-1，此時聚合物電解質(zhì)的表觀離子輸運(yùn)活化能為30.93kJ·mol-1，Li+遷移數(shù)為0.35。
　　 最后，初步探討了離子液體聚合物電解質(zhì) P(VDF-HFP)/EMIBF4