| 基于唑类及聚氨酯的新型单锂离子聚合物电解质的研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 费玉清 | |
| Thesis Advisor | 邓友全 |
| 2019-05-23 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 理学博士 |
| Department | OSSO国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 聚合物电解质 单离子导体 聚氨酯 唑类锂盐 物理化学性质 Polymer electrolytes Single ion conductors Lithium azolates Physico-chemical properties |
| Abstract | 聚合物固态电池由于其质轻、易加工、防泄漏及可用于柔性器件等优点在电化学的储能设备中具有广泛应用前景，其中单锂离子聚合物电解质(singlelithiumionpolymerelectrolytes，SLIPs)的因其锂离子迁移数(tLi+)接近1，可缓解因浓差极化造成的电池容量和循环性能下降等问题而受到研究者们的广泛关注。目前，SLIPs研究的主要集中在以双磺酰亚胺和有机硼酸酯为阴离子的电解质体系中，但这些SLIPs存在合成步骤繁琐、分离纯化困难等问题。因此，迫切需要开发制备方法简单、分离纯化容易和阴离子配位性能弱的SLIPs。本论文围绕新型SLIPs的设计和开发，从具有电荷高离域性能的三唑、四唑锂盐出发，利用聚氨酯材料分子结构可设计的特点，采用共聚方法制备了一系列新型的SLIPs，并对其物理化学性质及电化学性能做了系统研究，所取得主要成果如下： 1.制备了3,5-二氨基-1,2,4-三氮唑锂盐(LiDAtz)，并进一步与二异氰酸酯反应，合成了基于聚脲基体的SLIPs。采用FT-IR、XRD、XPS、DSC、TGA、LSV和CV等技术对SLIPs的光谱性质、热性质和电化学性质进行了详细表征。结果发现所合成的SLIPs均以无定形态存在，光谱性质受异氰酸酯的结构的影响较大；热稳定性好，且在大部分溶剂中基本不溶，可以用做凝胶聚合物电解质，室温下电导率最高可达1.210-4S∙cm-1；电化学稳定性窗口可达4.2V（vs.Li+/Li），同时与Li电极动力学相容性良好。 2.制备了电荷高离域的5-氨基四氮唑锂(LiAttz)，并以其为锂离子源，与二异氰酸酯及聚乙二醇(PEG)共聚，合成了聚氨酯基SLIPs，通过FT-IR、NMR,XPS、XRD、SEM、DSC、TGA、LSV和CV等手段，详细研究了SLIPs的物理化学性质。结果发现SLIPs的性质可以通过异氰酸酯的结构和PEG分子量进行调控；随着PEG分子量的增加，SLIPs的软段玻璃化转变温度(Tg)逐渐降低，电导率逐渐升高，其中以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和PEG1000为原料时，电导率最高，80oC下接近10-4S∙cm-1，tLi+大于0.83；电化学稳定性窗口可达4.2V，与Li电极的动力学相容性良好，30oC、0.1mA∙cm-2条件下，Li|SLIP|Li对称电池可循环充放电200次以上。 3.通过二异氰酸酯连接剂，将LiAttz与硅烷偶联剂(IPTES)分别接枝到PEG链两端，再经过水解、缩合反应，制备了新型有机-无机杂化聚合物电解质(HSLIPs)。通过FT-IR、固体NMR、XPS、XRD、TGA、DSC等手段对HSLIPs的性质、性能进行了研究，并与以3-氨基三氮唑锂(LiAtz)为锂离子源的HSLIPs进行对比分析。结果发现随着PEG分子量的增加，HSLIPs的Tg逐渐降低，但PEG链段的结晶能力逐渐增加；以LiAtz为锂盐的HSLIPs更倾向于结晶而形成有序结构；XPS结果表明，所合成的HSLIPs中Li+富集于电解质表面，与阴离子相分离，表明LiAttz阴离子具有良好的电荷离域性能。当原料为甲苯二异氰酸酯(TDI)、PEG-600时，所得HSLIPs电导率最高，30oC时为3.310-6S∙cm-1，tLi+可达0.86。电化学稳定性窗口可达4.4V，同时HSLIPs与Li之间动力学相容性良好，Li|HSLIP|Li对称电池在30oC、0.1mA∙cm-2恒流充放电情况下可循环400多次。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/25222 |
| Collection | 羰基合成与选择氧化国家重点实验室（OSSO） |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 费玉清. 基于唑类及聚氨酯的新型单锂离子聚合物电解质的研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2019. |
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| 201903费玉清.pdf（8732KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | ||
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