离子液体/聚合物电解质的制备及其性能研究

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电解质是储能器件中不可或缺的组成部分,它具有传导离子的作用。目前,常用的化学储能器件,如锂离子电池、超级电容器等,使用的仍是传统的有机液态电解质。然而,有机液态电解质存在易泄露、易燃、易挥发等缺点,会使电池产生气胀,燃烧甚至爆炸等安全问题。固态电解质又因其较低的室温电导率,实际应用受到很大的限制。离子液体/聚合物电解质兼具离子液体的高电导率、低蒸气压、不易燃等优点,以及聚合物易于加工、机械强度高、尺寸稳定性好等特点,能显著提高电池的安全性,是一种新型的、安全的电解质。  本论文选用聚偏二氟乙烯(PVDF)为聚合物基材,离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺([BMIM][TFSI])和可聚合型1-烯丙基-3-乙烯基咪唑氯盐(AVImCl)为增塑剂,采用不同的方法制备离子液体/聚合物电解质,并对其性能进行研究。本论文为离子液体/聚合物电解质的制备提供了新的思路。  论文第一章中,首先阐述了课题的研究背景;简要的介绍了聚合物电解质的分类和制备方法;概述了离子液体的概念、分类、性质;综述了离子液体/聚合物电解质的制备方法和应用现状;最后,基于研究背景,提出了本论文的研究目标和研究内容。  第二章中,以离子液体[BMIM][TFSI]为增塑剂,采用溶液浇铸法制备出了PVDF/[BMIM][TFSI]聚合物电解质膜。采用SEM、XRD、TG、DSC、力学性能测试和交流阻抗法表征技术研究了溶剂挥发温度(SET)和离子液体含量(ILC)对PVDF/[BMIM][TFSI]聚合物电解质膜的结构和性能的影响。结果显示,SET和ILC对PVDF/[BMIM][TFSI]聚合物电解质膜的形貌、晶型、力学性质和电导率有着显著的影响。在ILC为40%,SET为60℃条件下,制备的PVDF/[BMIM][TFSI]聚合物电解质膜呈现高达约10-4 S/cm的电导率以及22.8 MPa拉伸强度和540%断裂伸长率的优异力学性能。  第三章中,首先考察了AVImCl在DMF中的辐射效应,SEM、1HNMR和FTIR分析结果表明,AVImCl在射线的作用下发生聚合,生成球粒状的聚离子液体沉淀。接着,在第二章的基础上,选用可聚合型AVImCl为增塑剂,制备PVDF/AVImCl/DMF溶液,先辐照后浇铸成膜。接着,系统的研究了吸收剂量对制备的离子液体/聚合物电解质膜的结构、形貌、热稳定性、结晶性和电导率的影响。结果表明,吸收剂量越高,引入到PVDF上的AVImCl越多,电解质膜热稳定性越好。  第四章中,采用γ辐射技术,对溶液浇铸法制备的PVDF/AVImCl电解质膜进行改性研究。使用TG、DSC、交流阻抗和力学性能测试研究了吸收剂量对改性膜性能的影响。结果表明,改性后的电解质膜与未辐照的膜相比,具有更高的热稳定性和力学性能,但其电导率下降。  在最后一章中,简要总结了本论文的主要结论和创新点,并对后续的工作提出了展望。
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