锂离子电池用pvdf_tpu_ppc基凝胶聚合物电解质的制备与研究

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1、学校代码10530学号201510141404分类号O646密级公开硕士学位论文锂离子电池用PVDF/TPU/PPC基凝胶聚合物电解质的制备与研究学位申请人刘跃文指导教师曹琪教授学院名称化学学院学科专业化学研究方向物理化学二零一八年四月PreparationandStudyofthePVDF/TPU/PPCBasedGelPolymerElectrolytesforLithiumIonBatteryCandidateYue-wenLiuSupervisorProfessorQiCaoCollegeCollegeofChemistryProgramChemistrySpecial

2、izationPhysicalChemistryDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateApril2018摘要聚合物锂离子电池（PLIB）不仅具有普通锂离子电池能量密度高、输出电压和功率大、自放电小、工作温度范围宽、无记忆效应和环境友好等众多优点，还克服了其因使用液体有机电解液而引起的胀气、漏液等安全问题。PLIB由于使用了聚合物电解质还具备了可薄形化、任意面积化、任意形状化的独特优点，因此被誉为下一代锂离子电池。聚合物电解质作为PLIB的核心组成部分，对其性能有着至关重要的影响。制备出具有良好的孔结构，优良的机

3、械性能和优异电化学性能的聚合物电解质，是PLIB的核心技术。本文使用综合性能最好的聚偏氟乙烯（PVDF），具有优良机械性能的热塑性聚氨酯（TPU）及具有高液体电解质吸收的聚碳酸丙烯酯（PPC）共同作为基体材料，采用静电纺丝技术制备出具有优良力学性能和电化学性能的PVDF/TPU/PPC（简称PTC）基三元凝胶聚合物电解质（GPEs）。主要研究内容如下：（1）利用静电纺丝技术制备出PTC基、PVDF/TPU基、PVDF/PPC基、纯PVDF基和纯TPU基纳米纤维薄膜，干燥后测其形貌结构、力学性能、热稳定性等。然后在手套箱中向五种电纺薄膜中滴加1.0MLiPF6-EC/DMC(1:

4、1,v/v)电解液，将其活化为GPEs。将五种GPEs和Clegard2400隔膜一起组装成阻塞电池和纽扣电池，室温下对比其离子电导率和恒流充放电容量等。结果发现，三元共混的PTC基GPEs拥有最好的物理性能和电化学性能。（2）配制五种不同浓度的PTC共混溶液，利用静电纺丝技术制备出纤维薄膜，测试形貌后对其进行物理性能表征，如孔隙率、热稳定性、力学性能等。待五种不同浓度的PTC基电纺薄膜活化为GPEs后，测试其电化学性能。实验发现，浓度为12%的纺丝液制备出的电纺薄膜形貌结构最好，热稳定性最优，展现出了9.9MPa的高抗拉伸强度和110.8%的最大断裂伸长率；其相应GPE的室温

5、-1离子电导率高达5.32mScm，电化学稳定窗口高达5.4V。（3）在最佳浓度下，改变PVDF、TPU和PPC三种聚合物基体间的质量配比，通过静电纺丝技术制备出四种质量配比不同的GPEs。同样对其进行形貌测试、物理性能测试和电化学性能测试。结果发现，PTC(4:1:1,wt%)电纺薄膜拥有最优良的物理性能，将GPEs与锂片、LiFePO4正极片一起组装成纽扣电池时，-1-1GPE(4:1:1)电池表现出165.8mAhg的高首次充电容量和165.1mAhg的高首-1次放电容量，50次循环后的放电容量仍有159.4mAhg，容量保持率高达96.2%，展现出了优异的循环稳定性，更

6、适用于锂离子可充电电池中。关键词：聚偏氟乙烯；热塑性聚氨酯；聚碳酸丙烯酯；凝胶聚合物电解质IAbstractThecommonlithiumionbatteryhasmanyadvantages,suchashighenergydensity,highoutputvoltageandpower,smallselfdischarge,wideworkingtemperaturerange,nomemoryeffectandfriendlyenvironment.Butitalsobringstheproblemsofflatulenceandleakagecausedbytheu

7、seofliquidorganicelectrolyte.Thepolymerlithiumionbattery(PLIB)containingthepolymerelectrolytenotonlyownsthesemanyadvantagesofthecommonlithiumionbattery,butalsoovercomestheproblemsofthecommonlithiumionbattery.Polymerlithiumionbatterieshavebeenknowna