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为了克服液态电解质的易漏液,凝胶电解质稳定性差的缺点,以及探讨便于工业化生产的聚合物电解质的制备方法,本论文设计合成了一种低分子量的聚膦腈前驱体,并以此为基础合成了系列的含有氧化乙烯单元的可在线聚合的聚膦腈大单体,以聚膦腈大单体溶解锂盐之后可在线热热聚合制备了全固态的聚膦腈电解质。研究了影响聚合物电解质的离子电导率的各种因素和所制备的聚合物电解质的电化学性能。
制备了一系列的全氧化乙烯链段取代的聚膦腈固态电解质,其室温离子电导率在LiClO4含量为6%时达到2.0×10-4 S cm-1,而改用LiN(SO2CF3)2盐时则达到了2.92×10-4 S cm-1,电解质的离子传输可以用Arrhenius方程来描述,电解质与电极间具有较好的界面稳定性。
制备了一系列的含有氧化乙烯-氧化丙烯共聚链取代的聚膦腈固态电解质,氧化丙烯链的引入使体系保持较好的力学性能的同时具有较低的玻璃化转变温度,电解质的离子传输符合VTF方程,电化学稳定窗口高于4.2V,且电解质的界面电阻在贮存一周之后不再变化,界面稳定性较好。
制备了含有极性基团的全固态聚膦腈电解质,不同盐含量的室温离子电导率都达到10-4 S cm-1以上,且在LiClO4含量为14%时达到2.3×104 S cm-1,电解质的电化学稳定窗口高于4.5V,界面稳定,适用于锂离子电池。
制备了聚醚链段改性的纳米二氧化硅,并以改性的纳米粒子与含有氧化乙烯-氧化丙烯共聚链取代的聚膦腈大单体复合制备了纳米复合全固态聚膦腈电解质。在纳米粒子的含量为10%,LiClO4含量为8%时,室温离子电导率达到3.41×10-4 Scm-1。电解质的电化学稳定窗口高于4.2V,由于纳米粒子的加入使电解质与电极间的界面变得稳定,且使锂离子的迁移数从0.25提高到0.34,提高了接近36%。