电池用聚合物电解质膜PVDF-HFP的制备及性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lsui321
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本文以聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物PVDF-HFP为基质,采用Bellcore制膜法制备了PVDF-HFP聚合物电解质膜,通过改变增塑剂DBP的含量、溶剂的种类及溶剂的含量制备了不同条件下的聚合物电解质膜,分别研究了增塑剂含量、溶剂含量等对聚合物电解质膜的吸液率、表面形貌、机械性能、离子电导率、电化学稳定窗口等的影响;对制备工艺进行了优化,研究了各种添加剂如PC、EC、DBP及纳米Al2O3对聚合物电解质膜的离子电导率、吸液率等性能的综合影响。加入增塑剂DBP后,聚合物电解质膜内孔隙增多,吸液率增大,离子电导率由10-5 S·cm-1上升到10-3 S·cm-1,但聚合物膜机械强度有所降低。通过XRD及FTIR测试可知,添加增塑剂后的测试图中不含有DBP的特征峰,说明DBP在洗涤的过程中萃取得比较完全。分别用溶剂DMAC及NMP制备了聚合物电解质膜,在增塑剂与溶剂体积比为20%时,聚合物膜的离子电导率均能达到10-3 S·cm-1,且以NMP为溶剂的聚合物膜的电导率比以DMAC为溶剂的电导率高出大约35%。从SEM测试图上也可以看出,不含DBP时,溶剂为NMP条件下制备的聚合物膜孔径比溶剂为DMAC时大,孔隙多,吸液率大,离子电导率高。在增塑剂含量及聚合物基质含量一定的条件下,随溶剂含量的增大,聚合物膜的吸液率先增大后基本保持不变,机械强度及离子电导率则先增大后减小,通过SEM测试可知,膜的表面形貌无明显变化。通过正交实验,对聚合物膜的制备工艺进行了优化,实验发现,聚合物电解质膜的电化学稳定窗口均在使用范围内,且正交实验下的聚合物膜的电化学稳定窗口较高,一般都在5.0V以上,且机械性能较好。通过正交实验的结果分析可知,聚合物电解质膜的离子电导率随DBP、PC含量的增大而增大,随EC含量的增大而降低,随纳米Al2O3含量的增大离子电导率先增大后减小;各添加剂对聚合物电解质膜的离子电导率的影响顺序为:DBP>纳米Al2O3>EC>PC。根据添加剂对聚合物膜的综合影响,得出最佳实验方案为:各物质之间的质量比为:(质量比)DBP:PC:EC:Al2O3为2:5:4:8/45。
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