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本论文旨在研究采用塑性晶体(塑晶)和离子液体分别与聚合物复合制备的复合电解质。通过考察复合物微观结构变化对电性能的影响及导电机理,寻找制备具有优异电性能和力学性能的聚合物电解质的有效方法。
首先在分子塑晶体丁二腈(SN)中分别掺杂不同的锂盐(LiN(CF3SO2)2、LiClO4和LiCF3SO3)制备了三种塑晶电解质,研究了掺杂锂盐种类对塑晶电解质的电性能和微观形貌的影响。结果表明,锂盐浓度相同时,塑晶电解质的电导率的高低与锂盐的种类及其结晶形貌密切相关。同时发现在塑晶与晶态之间发生固-固转变时,晶体取向无序程度的改变导致晶体在偏光下呈现颜色突变现象。
在此基础上,将SN与PEO和LiClO4复合制备了一系列PEO/SN/LiClO4聚合物-塑晶复合电解质。借助DSC、WAXD、POM和交流阻抗等研究技术,通过考察微观相态结构的演变以及电导率的变化,揭示了复合电解质的导电机理。结果表明,PEO与SN之间结晶的互相抑制有利于复合电解质电导率的提高,PEO含量为50%的复合电解质的室温电导率达到1.5×10-3 S/cm,具有潜在的应用价值。
采用生物相容性聚合物纤维素分别和两种咪唑氯型离子液体制备了聚合物/离子液体凝胶复合电解质。研究发现烯丙基咪唑氯(AMIMCl)的凝胶复合电解质的室温(30℃)电导率最高可以达到2.5×10-3 S/cm,且具备良好的电化学稳定性和热稳定性。
采用PAN多孔膜浸渍离子液体法制备了微孔型复合电解质膜,电解质的室温电导率最高可以达到8.3×10-4 S/cm,且具备良好的电化学稳定性和热稳定性。此外,相对于脆性的PAN多孔底膜,浸渍离子液体后的复合膜力学强度有明显改善,拉伸模量(应变5%)达到9.8MPa,可望在锂离子电池中得到应用。