论文部分内容阅读
迄今为止报道的聚合物电解质因其室温离子电导率偏低,尚难以满足实际应用要求。据最近的文献报道,塑晶锂离子固体电解质的室温离子电导率达到10-3S·cm-1,但其成膜加工性能不好。为此,本文将塑晶化合物与无机粒子掺杂聚合物电解质,期望制备出既有较高离子电导率,又有较好成膜加工性能的全固态聚合物电解质材料。选择聚环氧乙烷（PEO）为基质,掺杂塑晶化合物丁二腈（SN）和无机粒子SiO2,制备了两种全固态复合聚合物电解质样品（PEO）8LiClO4/SN（PLS）和（PEO）8LiClO4/SiO2/SN（PLSS）,采用溶液浇铸法制备了相应的电解质膜。用SEM、DTA、IR、TG、DSC、XRD、交流阻抗等方法对所制电解质样品的结构与性能进行了较系统的实验研究。主要研究结果如下:（1）设计制备了两种新的复合聚合物电解质材料PLS和PLSS,确定了掺杂剂SN和SiO2的用量。当SN用量为2wt%时,PLS离子电导率为1.18×10-4S/cm;当SN含量为2wt%、SiO2含量为10wt%时,PLSS的离子电导率达到3.44×10-4S/cm,与未掺杂的（PEO）8LiClO4材料(电导率7.06×10-6)相比,掺杂后电导率明显提高。（2）交流阻抗分析表明,掺杂剂SN和SiO2的用量对材料的电导率影响显著。PLS电解质膜中SN含量为2wt%时,电导率达到最大。PLSS电解质膜的电导率随SiO2含量的增加而增大,当SiO2含量达到10wt%时,体系的电导率达到最大,继续增加SiO2含量,电导率减小。两体系电导率温度依赖性关系符合阿累尼乌斯方程。（3）IR分析表明,PLS聚合物电解质中,PEO中的醚氧基团、SN中的氰基和LiClO4之间存在较复杂的相互作用,它们对复合聚合物电解质的性能有重要影响。Li+与醚氧基团、氰基均存在较强的相互作用,因而促进了LiClO4的解离。同时,由于醚氧基团与氰基的作用相对减弱了醚氧基团与Li+的作用,使得Li+的解络合能力增强,从而促进了Li+沿PEO链的传输。（4）XRD和DSC分析表明,添加无机粒子SiO2和塑晶化合物丁二腈都具有抑制聚合物电解质体系结晶的作用,同时添加SiO2和丁二腈后,抑止体系结晶作用更加显著。PLSS体系的玻璃化转变温度,熔点,均随SiO2含量的增加而降低。DTA与TG分析表明,与未掺杂的（PEO）8LiClO4电解质材料相比较,PLSS初始分解温度提高了20℃,说明PLSS复合电解质材料的热稳定性提高。（5）表面能分析表明,添加丁二腈后的聚合物电解质中氰基增加,从而使表面能和可润湿性随之增大。表面自由能的变化调节了物质间的界面张力,从而使聚合物体系的力学性能发生改变,表观可以看到掺杂丁二腈后的聚合物电解质膜的粘性增强,成膜性增强。（6）对掺杂的PLS与PLSS材料的离子导电性增强机制进行了初步探索。掺杂SN和SiO2的CSPE导电性明显增强,主要原因是无机粒子,塑晶丁二腈,锂盐相互作用而形成了一个高导电性的界面层或界面通道及无机粒子和丁二腈抑制了聚合物电解质的结晶。