聚合物鋰離子蓄電池室溫固體電解質的研制
2019-11-03 09:53:27
供稿：網友
聚合物鋰離子蓄電池室溫固體電解質的研制（余晴春、黃海燕、吳益華）摘要：選用聚乙烯醇丁醛（PVB）作王體高分子，以LiCLO4為堿金屬鹽，加入PC增塑劑，制備了聚合物電解質。該方法簡單實用，得到的膜為無定形高分子。當n（pVB）：n（LiCLO4）：n（PC）=5：1：3（摩爾比）時，電導率為7.8×10-4S.cm-1。運用XRD、DSC、交流阻抗等測試手段，對影響聚合物電導率的因素作了初步探討。電導率隨著鋰鹽濃度的增加，呈現先增后減的趨勢，當n（PVB）：n（LiCLO4）=5：1的，電導率達到最大值。電導率同時也受到增塑劑的影響，當n（增塑劑）：n（鋰鹽）=3：4的，電導率較高。電導率至溫廈的關系符合Arrhenius公式，聚合物電解質的活化能為59.4KJ／mol。關鍵詞：聚合物電解質；無定形高分子；電導率；交流阻抗法 聚合物理離子蓄電池，作為充電電池的前沿技術，具有設計靈活，性能優良，價格合理和安全等綜合特性，適用于各類消費類電子產品。目前，改進聚合物電解質材料導電性的研究正在加速進行中。 本文選用PVB＋LiCLO4＋PC體系，運用XRD、DSC、交流阻抗等測試手段，對影響聚合物電導率的因素作了初步探討。1實驗1.1聚合物電解質的制備與表征 將一定配比的PVB溶解在甲醇溶劑中，形成A溶液：另將一定配比的LiCLO4。溶解在PC中，形成B溶液。然后將A、B兩溶液混合攪拌，形成均相的溶液，用溶劑蒸發的辦法，澆注成膜。該膜在室溫下自然冷卻后，再放到真空干燥箱內進一步干燥，得到的自支撐膜放入氬氣保護的手套箱內備用。將得到的樣品，用MDSC 2910型DSC熱分析儀進行差熱分析，Perkin－Elmer983型FT－IR儀進行紅外分析。1.2交流阻抗的測定 將樣品夾在兩片不銹鋼電極間，用CH 66 ElectrochemicalWorkstation測定樣品的交流阻抗圖譜，頻率范圍從1Hz到10的5次方Hz，由交流阻抗圖譜中尾線與實軸的交點，得到聚合物電解質的本體電阻，由（1）式，計算得到該電解質的電導率。 σ=d/(Rb.S) （1）式中 α——離子電導率，S／cm d——膜厚，cm Rb——電解質的本體電阻，Ω S——電極的面積，cm22結果與討論2.1 XRD分析 當PVB中加入LiCLO4后，聚合物電解質仍然為無定形的。聚合物電解質的導電行為，主要發生在無定形區，因此，分析表明，PVB與Liclo4結合，有可能成為較好的離子導體。2.2鋰鹽濃度對電導率的影響 將只有PVB＋LiCLO4組成的聚合物（此時沒有加入增塑劑），改變鋰鹽的濃度，測定其電導率。 當理鹽的濃度較低時，聚合物電解質的電導率是比較低的，僅為 10－8 數量級。電導率隨著理鹽濃度的增大而增大，當n（理鹽）：n（PVB）（n／mol）達到0.2時，電導率達最大值1.1×10－5 S.cm-1接著，隨著鋰鹽濃度的繼續增大，電導率反而下降，且在聚合物電解質表面觀察到有高氟酸鋰白色晶體析出。 該結果表明，在鋰鹽濃度逐漸增大的過程中，由于載流離子濃度的增大，電導率也隨之增大；而當鹽的濃度繼續增大時，高的離子濃度導致了離子間的相互作用力增強，使載流離子的淌度減小，致使電導率下降。2.3增塑劑濃度與tg 的關系 將摩爾比為5：1的PVB＋LiCOL4溶液與不同濃度的增塑劑混合，用DSC測其玻璃化轉變溫度。 隨著增塑劑的增加，聚合物電解質的玻璃化轉變溫度逐漸減小，加快了聚合物電解質在室溫時的鏈段運動，因此它的導電能力也隨著增大。 雖然增塑劑濃度的增加，大大提高了聚合物電解質的電導率，但同時也降低了聚合物電解質膜的自支成膜性和機械強度。2.4增塑劑與鋰鹽的濃度比與σ的關系 實驗發現，當鋰鹽的濃度增大時，σ的增加幅度并沒有增塑劑與鋰鹽的濃度之比的影響大。 當n（增塑劑）：n（鋰鹽）=3：1時，電導率呈現較高的數值，因此設法增大PC的量，同時保持n（PC）：n（Li+）=3：1的比例不變，得到的電導率為 7.8×10－4S.cm－1，雖然是一個較好的電導率數值，但是其自支成膜性和機械強度較差。 從這個實驗也得到了啟發，如果在這個體系中，再加入一種填充劑，該填充劑不影響電解質本身的電導率，卻能增加它的成膜性和機械強度。這樣，就能使得聚合物電解質的電導率有一個較大的提高。2.5電導率與溫度的關系 實驗還測定了聚合物電解質的電導率與溫度的關系。3結論 選用聚乙烯酸縮丁醒（PVB）作主體高分子，以LiCLO4為堿金屬鹽，加入PC增塑劑，制備了聚合物電解質。該方法簡單實用，得到的膜為無定形高分子。當n（PVB）：n（LiCLO4）：n（PC）=5：1：3時，電導率為7.8×10－4S·cm－1。運用XRD、 DSC、交流阻抗等測試手段，對影響聚合物電導率的因素作了初步探討。電導率隨著理鹽濃度的增加，呈現光增后減的趨勢，當n（PVB）：n（LiCLO4）＝5：1時，電導率達到最大值。電導率同時也受到增塑劑的影響，當增塑劑與理鹽的摩爾比為3：1時，電導率較高。電導率與溫度的關系，符合Arrhenins公式，聚合物電解質的活化能為 59.4 kJ／mol。摘自《電源技術》
