聚合物固體電解質(zhì)的制備及性能研究.pdf

1、聚合物固體電解質(zhì)(SPE)由于具有質(zhì)輕、易成膜等優(yōu)點(diǎn)，在二次電池、電致變色器件、化學(xué)晶體管等方面具有潛在的應(yīng)用價值，因而成為高分子研究領(lǐng)域近30年來非常引人注目的熱門課題。聚合物固體電解質(zhì)經(jīng)過一、二代的研究，其性能得到了較大的改善，通過共聚、共混、支化、嵌段、增塑等方法降低了分子鏈的規(guī)整性，使導(dǎo)電率得到了提高；凝膠型聚合物固體電解質(zhì)導(dǎo)電率更高，可達(dá)到10-2S/cm。聚合物固體電解質(zhì)的研究現(xiàn)已進(jìn)入第三代，在聚合物固體電解質(zhì)中添加增塑劑或

2、無機(jī)粒子得到的無機(jī)粉體—聚合物復(fù)合固體電解質(zhì)，被稱為第三代聚合物固體電解質(zhì)，此類電解質(zhì)已成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。本論文設(shè)計合成了三類無機(jī)粒子—聚合物復(fù)合固體電解質(zhì)，研究了它們的微觀結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電性。 人們對離子—電子混合傳導(dǎo)聚合物的研究，主要目的是為了利用它來提高微電子裝置的導(dǎo)電性。它能同時提供離子和電子導(dǎo)電通道，并能形成宏觀均一的微觀相分離結(jié)構(gòu)，用其代替電子導(dǎo)電聚合物與離子導(dǎo)電聚合物組成的簡單復(fù)合物，可避免材料的非均相性

3、對裝置性能產(chǎn)生的不利影響。離子—電子混合傳導(dǎo)聚合物可用于全固態(tài)鋰二次電池的正極活性材料、LEC中的電致發(fā)光材料、電致變色器件中的對電極層材料、固態(tài)傳感器中的敏感元件及光刻技術(shù)等。本論文設(shè)計合成了兩類離子—電子混合導(dǎo)體，研究了其微觀結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性。全文包括五個部分。 1.對聚合物固體電解質(zhì)的發(fā)展、分類、導(dǎo)電機(jī)理、研究方法及研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并對其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。對導(dǎo)電聚合物的定義、特點(diǎn)、分類、導(dǎo)電機(jī)理、性能和應(yīng)用進(jìn)行

4、了綜述。闡述了本論文的選題依據(jù)。共引用文獻(xiàn)150篇。 2.根據(jù)離子—電子混合導(dǎo)體的制備方法，以氧亞甲基相連的聚氧乙烯鋰鹽絡(luò)合物與聚吡咯為原料，采用溶液共混法來合成離子—電子混合導(dǎo)體。用紅外光譜(FT-IR)表征分析聚合物及其絡(luò)合物、聚吡咯及混合導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)與所設(shè)計一致。熱重和量熱分析表明此系列混合導(dǎo)體熱穩(wěn)定性較好。利用透射電鏡(TEM)和X-射線衍射(XRD)觀察分析了聚合物表面形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)。測定了它們在室溫下的交流阻抗譜，根據(jù)

5、模擬等效電路分析計算電導(dǎo)率最高為10-6S/cm。本文依據(jù)交流阻抗測試電導(dǎo)的裝置結(jié)構(gòu)，提出模擬等效電路，能較好的模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具有一定的普適性。 3.利用無機(jī)粉體—聚合物復(fù)合電解質(zhì)理論，以納米二氧化硅、納米二氧化鈦和埃洛石為無機(jī)粒子，氧亞甲基相連的聚氧乙烯嵌段聚合物為基體，與高氯酸鋰絡(luò)合，制備了三類無機(jī)粉體—聚合物復(fù)合電解質(zhì)。用紅外光譜表征了化學(xué)結(jié)構(gòu)。掃描電鏡和透射電鏡觀察該類聚合物的表面形態(tài)、分子堆積模式。X射線衍射分析證明此

6、類聚合物電解質(zhì)為無定形態(tài)，有利于離子導(dǎo)電。DSC分析結(jié)果表明，該類聚合物熱穩(wěn)定性較好。通過作交流阻抗可知離子電導(dǎo)率室溫下最大可達(dá)10-6S/cm。 4.利用氧亞甲基相連的聚氧乙烯多嵌段聚合物與聚吡咯/二氧化硅復(fù)合材料采用溶液共混法制備離子—電子混合導(dǎo)體。采用紅外光譜分析化學(xué)結(jié)構(gòu)，掃描電鏡和透射電鏡觀察表面形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)。X射線衍射分析證明此類混合導(dǎo)體為無定形態(tài)。熱分析表明它有很好的熱穩(wěn)定性。用交流阻抗譜來分析其導(dǎo)電性，可知導(dǎo)電率