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固态聚合物电解质(Solid-statePolymerElectrolyte,SPE)方面的研究主要包括两方面:第一,在保持SPE机械强度的前提下提高其室温离子迁移性(包括离子电导率和锂离子迁移数)并研究SPE离子导电机理;第二,改善SPE与电极的界面相容性,即在降低电极与SPE初始界面阻抗的同时增强其界面稳定性。
本论文以表面经甲基修饰的介孔分子筛SBA-15(mSBA-15)为无机填料,聚氧化乙烯(PEO)为聚合物基体,LiX为锂盐制备复合固态聚合物电解质(CompositeSolid-statePolymerElectrolyte,CSPE)。当向PEO基SPE中添加不同含量的mSBA-15时,实验结果表明含5%mSBA-15的CSPE室温下的离子电导率最高(1.87×10-6S/cm)。掺杂mSBA-15的CSPE表现出比PEO10-LiClO4更高的电化学稳定窗口(>5V)。SEM的实验结果表明表面未经修饰的SBA-15由于其表面含有大量的-OH,这些基团之间形成氢键,从而团聚在一起,这种聚集体在PEO溶胶中不易分散,容易以更大体积团聚体的形式存在于聚合物链之间,因而降低了其导电增强的效果。本文首次使用发射FT-IR光谱技术研究CSPE离子导电机理,并结合FT-IR透射光谱技术、XRD、DSC、SEM等实验技术手段探索影响CSPE离子导电增强的三个主要因素:(a)聚合物基体的结晶状况;(b)路易斯酸碱相互作用;(c)有机-无机相界区。
采用电化学交流阻抗的方法研究了金属锂电极/SPE界面阻抗性质,并使用首次极化的方法研究了SPE/LiCoO2正极界面性质。研究结果表明,加入mSBA-15后,CSPE的本体电阻、CSPE/LiCoO2正极界面阻抗随着极化的进行较之未掺杂的SPE膜均呈平稳变化趋势。
本论文的创新之处:(1)选择了具有高比表面积、表面易于改性、三维孔道结构的介孔分子筛SBA-15作为CSPE的无机填料并对其表面进行修饰,增强了无机填料与聚合物基体的相容性,另外,裹携着Li+的PEO片断可以容易的进出介孔分子筛mSBA-15的孔道,增加了Li+传输途径;(2)建立了用发射FT-IR光谱技术研究SPE离子导电机理的方法,结合FT-IR透射光谱技术、SEM、XRD、DSC等技术手段探索CSPE的离子导电机制;(3)使用了首次极化的方法研究了SPE/LiCoO2正极界面性质。