导　　师： 任文坛

学科专业： H0502

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 上海交通大学

摘　　要： 通过将离子液体(IL)和高氯酸锂加入丁腈橡胶(NBR)或其衍生物基体中制备了凝胶聚合物电解质(GPE),并分别从离子液体改性、丁腈橡胶基体改性和化学交联方式等角度进行设计,研究了离子液体、聚合物基体以及交联作用对GPE的性能的影响。从对离子液体改性的角度进行研究。用环氧树脂化学改性带有羧基官能团的IL,并作为有机溶剂与NBR和LiClO4混合制得GPE。红外光谱和质子核磁共振波谱证明了环氧树脂的环氧基与IL的羧基以较高的转化率发生反应。交流阻抗测试表明含环氧树脂改性IL的GPE样品的离子电导率高于含未改性IL和不含IL的电解质样品。X射线衍射和场发射扫描电镜分析表明环氧树脂改性的IL有利于GPE中的LiClO4溶解和解离。从对聚合物基体改性的角度进行研究。通过酯化反应将不同分子量的聚乙二醇单甲醚(mPEG)接枝到羧基丁腈橡胶(XNBR)的侧基上,制备了梳状共聚物,用红外光谱证明了接枝反应的成功,质子核磁共振波谱分析了梳状共聚物中接枝的聚乙二醇的质量分数。分别以XNBR和梳状共聚物为基体,与LiClO4-IL和过氧化二苯甲酰混合后,经过热处理制得化学交联型GPE。交流阻抗分析表明GPE的室温离子电导率随基体中mPEG接枝含量和LiClO4-IL含量的增大而增大,最高达到10-3 S/cm数量级。示差扫描量热和动态力学分析表明,梳状共聚物中mPEG的结晶行为受到抑制,梳状共聚物的玻璃化温度和GPE的模量随着mPEG接枝含量的增大而下降。线性伏安扫描表明GPE的电化学稳定窗口达到5 V以上,循环伏安扫描表明LiFePO4/GPE/Li电池在室温下具有循环可逆性。从交联方法的角度进行研究。使用环氧化多面体聚倍半硅氧烷(POSS)作为交联剂,与胺基丁腈橡胶(ATBN)、LiClO4和IL混合后,通过对共混物热处理进行化学交联,制得无机-有机杂化的GPE。红外光谱分析了交联反应的过程以及IL与LiClO4之间的相互作用,这种作用能够促进LiClO4的解离。X射线衍射和场发射扫描电镜分析表明随着IL添加量的增大,GPE中LiClO4晶体逐渐减小,主要溶解于IL相中。交流阻抗测试表明随着IL用量增大,GPE的离子电导率先增大后减小。减少环氧化POSS的用量,GPE的凝胶含量和模量减小,离子电导率增大,达到10-4 S/cm数量级。热重分析表明GPE的热分解温度超过200°C。循环伏安扫描表明,GPE的电化学稳定窗口可达4 V以上,组装成的Al/GPE/Li电池的电极过程是可逆的。

关 键 词： 凝胶聚合物电解质 离子液体 丁腈橡胶 离子电导率

分 类 号： [TQ333.7]

领　　域： [化学工程]