粘土矿物改性PMMA基离子液体凝胶聚合物电解质研究

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凝胶聚合物电解质具有安全可靠、质轻、易加工成型等优点,是全固态锂离子电池、电致变色器件、电化学传感器和电容器等的关键部件,已成为近年来引人注目的热门课题。但凝胶聚合物电解质在离子电导率、热稳定性、电化学稳定性等方面还需要进一步的改进和提高。  本论文制备了四类粘土矿物/聚合物凝胶聚合物电解质,研究了它们的结构、微观形貌、热稳定性和电化学性能。论文的主要工作如下:  用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵对粘土矿物蛭石进行有机改性,得到有机蛭石。以有机蛭石为改性剂,对以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为聚合物基体,以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸乙烯酯(EC)为增塑剂,以离子液体BMIPF6为支持电解质的凝胶聚合物电解质进行改性,制备得到有机蛭石改性凝胶聚合物电解质膜。采用X-射线衍射、红外光谱、扫描电镜、热分析和电化学测试等手段对凝胶电解质膜的结构和电化学性能进行了测试。结果表明,有机蛭石与聚合物基体相容性良好,添加量为8%时,其室温离子电导率可达4.01×10-3S/cm,电化学窗口可达3.8V。  通过沉淀法合成了CuO/海泡石,再经溶液浇注法得到不同含量CuO/海泡石改性PMMA/PEG-800聚合物电解质,浸润在含35%离子液体BMIPF6的有机电解液(DMC+EC)得到凝胶聚合物电解质膜。采用X-射线衍射、红外光谱、扫描电镜、热分析和电化学手段对凝胶聚合物电解质膜的结构和电化学性能进行了测试。结果表明,聚合物电解质膜表面呈多孔状,而且CuO/海泡石在凝胶聚合物电解质中实现了良好分散。随着CuO/海泡石含量增加,凝胶聚合物电解质膜的电导率增高,热稳定性也明显提高。  采用沉淀法制备NiO/海泡石,再用硅烷偶联剂KH-550修饰NiO/海泡石,得到有机NiO/海泡石,以有机NiO/海泡石作为改性剂,经溶液浇注法得到不同含量有机NiO/海泡石改性PMMA/PEG-2000聚合物电解质,浸润在含35%离子液体BMIPF6的有机电解液(DMC+EC)得到凝胶聚合物电解质膜。测定了凝胶聚合物电解质的离子电导率、电化学稳定窗口,并对其进行了X-射线衍射、红外光谱、扫描电镜、热分析,结果表明有机NiO/海泡石均匀分散在聚合物基体中,其室温最高离子电导率为4.76×10-3S/cm,电化学稳定窗口达到3.6V。  利用聚吡咯、聚吡咯/坡缕石和Li-聚吡咯/坡缕石与PMMA/PEG-2000通过溶液共混法制备“离子-电子”混合聚合物电解质膜,浸润在含35%离子液体BMIPF6的有机电解液(DMC+EC)得到凝胶聚合物电解质膜。采用X-射线衍射和红外光谱分析化学结构,用扫描电镜观察了表面形态。热分析表明它有良好的热稳定性。分别用电化学手段来测试其导电性和电化学窗口,Li-聚吡咯/坡缕石的加入使改性凝胶电解质膜的电导率最高,离子电导率和电化学窗口最高分别可达7.14×10-4S/cm和4.1V。
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