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新型离子液体聚合物电解质的合成及其在锂二次电池中的应用

作　者: 董思明
导　师: 杨立
学　校: 上海交通大学
专　业: 化学工程
关键词: 聚合物 离子液体 电解质 胍阳离子 锂二次电池
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


离子液体是完全由阴阳离子构成的,具有一系列优异的特性。在聚合物电解质中引入离子液体或将离子液体作为聚合物单体得到的离子液体聚合物电解质,同时具备离子液体和传统聚合物电解质的优势。然而离子液体作为一类全新的物质类型,将其应用于聚合物电解质的研究刚刚起步。很多研究也仅仅局限在对离子液体聚合物电解质的离子电导率方面,而实际应用于电池的较少。因此,研究和开发新型的离子液体聚合物电解质具有重要价值。本论文中,首先制备了以PVdF-HFP为基体,含1g13TFSI离子液体以及0.8 mol/kg LiTFSI锂盐的离子液体凝胶聚合物电解质,研究了该电解质的微观形貌和电化学性能,包括:热力学相转化行为、热稳定性、离子电导率及其与温度的关系,电化学稳定性等,并将其应用于锂二次电池中,在0.1C的充放电倍率下,电池循环性能良好,然而放电倍率提高后,放电容量明显下降。制备了基于直链烷烃胍阳离子离子液体的离子液体聚合物1g2-MA-Anion,其中Anion = Br,PF6,BF4,ClO4和TFSI,并对其热性能和电化学性能进行了研究。这些聚合物的热力学相转变行为以及热稳定性都与其离子液体组分中的阴离子种类有关。其中1g2-MA-TFSI显示出较低的玻璃化转变温度,1g2-MA-BF4的热稳定性最好。聚合物电解质的电导率与锂盐浓度之间的关系为:锂盐浓度低时,电导率随锂盐浓度增加而增加;锂盐浓度高时,电导率随锂盐浓度增加而减少。这些聚合物电解质的电化学稳定性好,适合应用在锂二次电池中。制备了基于酯基(乙酸甲酯基)功能团胍阳离子的离子液体聚合物1gE-MA-Anion,其中Anion=Br,TFSI,并对其热性能和电化学性能进行了研究。将该聚合物与LiTFSI,1g13TFSI,纳米SiO2复合。制备了1gE-MA-TFSI/1g13TFSI/SiO2离子液体凝胶聚合物电解质,对其热性能和电化学性能进行了研究,并直接应用在高温锂二次电池中,在0.1C的充放电倍率下,电池的循环性能良好,然而随着倍率上升,基于离子液体聚合物电解质的电池放电容量有明显下降。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-26
  1.1 锂二次电池的安全性  8-9
  1.2 离子液体电解质  9-13
    1.2.1 离子液体  9-12
    1.2.2 离子液体的合成方法  12-13
  1.3 聚合物电解质  13-16
    1.3.1 固体聚合物电解质  13-15
    1.3.2 凝胶聚合物电解质  15-16
  1.4 离子液体聚合物电解质  16-18
  1.5 课题选题依据及研究内容  18-20
  参考文献  20-26
第二章含胍阳离子离子液体的聚合物凝胶电解质  26-43
  2.1 引言  26-27
  2.2 实验部分  27-31
    2.2.1 试剂与原料  27
    2.2.2 分析与表征  27-28
    2.2.3 采用两步法合成胍阳离子液体  28-30
    2.2.4 含1913TFSI 离子液体的凝胶聚合物电解质的制备  30
    2.2.5 实验电池的组装与充放电测试  30-31
  2.3 结果与讨论  31-40
    2.3.1 含1g13TFSI 离子液体的凝胶聚合物电解质的微观形貌  31-32
    2.3.2 含1g13TFSI 离子液体的凝胶聚合物电解质的电化学性能  32-37
    2.3.3 Li/LiFeP0_4 电池充放电性能  37-40
  2.4 本章小结  40
  参考文献  40-43
第三章基于直链烷烃胍阳离子的离子液体聚合物电解质合成与性能  43-58
  3.1 引言  43-44
  3.2 实验部分  44-49
    3.2.1 试剂与原料  44
    3.2.2 分析与表征  44
    3.2.3 1g2-MA-Anion 电解质的制备  44-49
  3.3 结果与讨论  49-54
    3.3.1 1g2-MA-Anion 的热性能  49-50
    3.3.2 1g2-MA-Anion 的电化学性能  50-54
  3.4 本章小结  54
  参考文献  54-58
第四章基于酯基胍阳离子的离子液体聚合物电解质在锂二次电池中的应用研究  58-74
  4.1 引言  58-59
  4.2 实验部分  59-64
    4.2.1 试剂与原料  59
    4.2.2 分析与表征  59
    4.2.3 1gE-MA-TFSI 聚合物电解质的制备.  59-64
    4.2.4 实验电池的组装及充放电测试  64
  4.3 结果与讨论  64-71
    4.3.1 1gE-MA-Anion 聚合物电解质的热性能  64-66
    4.3.2 1gE-MA-Anion 聚合物电解质的电化学性能  66-68
    4.3.3 Li/LiFeP04 电池充放电性能  68-71
  4.4 本章小结  71-72
  参考文献  72-74
第五章结论  74-76
硕士生学习期间发表的论文和申请的专利  76-77
致谢  77-79

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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