电纺PVDF基凝胶态聚合物电解质的制备与研究

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凝胶态聚合物电解质是介于纯固态聚合物电解质和液态电解质的一种电解质,它既可以在常温下有较好的离子电导率,也可以一定程度地解决漏液、易燃、易爆等安全问题,因此受到了广泛关注。基于静电纺丝技术制备的聚合物纤维膜由于较高的孔隙率和较好的表面形貌,可以和有机电解液结合组成凝胶态聚合物电解质,表现出优异的电化学性能,在锂离子电池电解质领域有良好的发展前景。聚偏氟乙烯(PVDF)较高的介电常数和较低的玻璃化转变温度使它成为研究者制备聚合物电解质的常用材料之一。但是由于较高的结晶度和疏水性,电纺PVDF聚合物纤维膜的孔隙率、吸液率和电化学性能仍需进一步完善。本论文首先在PVDF纺丝前驱体溶液中混入一定量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物或者无机纳米SiO2颗粒,经过静电纺丝后得到二元复合纤维膜,并进行物理性能和电化学性能测试。结果表明PMMA和SiO2的加入都可以改善PVDF的相关性能。其次,采用不同电纺方式得到了四种含PVDF、PMMA和SiO2的三元复合纤维膜,并进行性能测试,发现其中通过共混方式电纺得到的纤维膜的电化学性能相对最好。接着,利用羟基的亲水性,分别在PVDF中加入不同含量的丙三醇和聚乙二醇(PEG)20000来改善PVDF纤维膜的亲水性。测试结果表明丙三醇和PEG20000都降低了PVDF纤维膜的结晶度,其中PVDF/PEG20000纤维膜还表现出较强的亲水性,最终二者都提高了电纺PVDF基凝胶态聚合物电解质的电化学性能。最后本论文提出了一种制备PVDF/锂磷氧氮化物(LiPON)复合聚合物电解质的方案,并在该电解质的基础上设计了一体化的锂离子全电池。本论文基于静电纺丝技术对PVDF基凝胶态聚合物电解质进行制备与研究,旨在改善PVDF基电解质的性能,提高锂离子全电池的大倍率充放电性能(0.5 C),为之后在电动汽车等领域的商用化奠定基础。
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