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凝胶聚合物电解质膜的制备研究

作　者: 徐艳萍
导　师: 李丽波
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 锂离子电池凝胶聚合物电解质离子液体
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

锂离子电池诞生于20世纪末，因其性能优越而备受亲睐。近年来，商用锂离子电池中液体电解质因其漏液而频发事故，迫使人们寻求新的材料来替代液体电解质，以解决这类问题。根据物质的三种状态研究发现，固体电解质由于多种限制因素的影响并不能达到实际应用，因此介于固、液态间的凝胶电解质引起了人们的关注。本文选择溴化N-甲基-N-丙基哌啶(Pp₁₃Br)、溴化N-甲基-N-丁基哌啶(Pp₁₄Br)、溴化N-甲基-N-丙基吡咯烷(Py₁₃Br)和溴化N-甲基-N-丁基吡咯烷(Py₁₄Br)四种物质与双三氟甲磺酰亚胺基锂（LiTFSI）搭配反应得到四种离子液体：N-甲基-N-丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺(Pp₁₃TFSI)、N-甲基-N-丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺(Pp₁₄TFSI)、 N-甲基-N-丙基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺(Py₁₃TFSI)、N-甲基-N-丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺(Py₁₄TFSI)。利用原位法，以甲基丙烯酸甲酯（MMA）、离子液体(Pp₁₃TFSI、Pp₁₄TFSI、Py₁₃TFSI、Py₁₄TFSI)、锂盐（LiTFSI）、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）和引发剂过氧化苯甲酰（BPO）为原料，制备了凝胶聚合物电解质膜（GPE）。GPE中的基体为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。采用线性扫描伏安曲线（LSV）法、X射线衍射（XRD）法、差式量热法（DSC）、原子力显微镜（AFM）、充放电循环等方法对Pp₁₃TFSI/LiTFSI/PMMA电解质膜、Pp₁₄TFSI/LiTFSI/PMMA电解质膜、Py₁₃TFSI/LiTFSI/PMMA电解质膜、Py₁₄TFSI/LiTFSI/PMMA电解质膜这四种不同类型的凝胶聚合物电解质膜各种性能进行测试。测试结果表明，四种不同类型的凝胶聚合物电解质膜各自对应的电化学稳定窗口值分别为4.5V、4.2V、5.0V、5.2V，符合锂离子电池对膜的稳定电压的要求，同时，得到的Py₁₃TFSI/LiTFSI/PMMA电解质膜和Py₁₄TFSI/LiTFSI/PMMA电解质膜的稳定性比Pp₁₃TFSI/LiTFSI/PMMA和Pp₁₄TFSI/LiTFSI/PMMA的稳定性更好。除此以外，Pp₁₃TFSI/LiTFSI/PMMA电解质膜、Pp₁₄TFSI/LiTFSI/PMMA电解质膜、Py₁₃TFSI/LiTFSI/PMMA电解质膜、Py₁₄TFSI/LiTFSI/PMMA电解质膜这四种不同类型的凝胶聚合物电解质膜各自的首次充电比容量分别为132.1mAh/g、144.0mAh/g、160.3mAh/g、164.5mAh/g。

凝胶聚合物电解质膜的制备研究

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