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为了获得兼具优良电化学性能、力学性能和良好封装加工性能的全固态聚合物电解质,本论文合成了一系列轻度交联网络型有机硅氧烷聚醚全固态电解质,研究了其电导率、力学性能、电化学稳定性能的影响因素。
制备了不同链结构的网络型有机硅氧烷聚醚电解质,室温最高电导率达:7.5×10-6S/cm,断裂强度最高达:0.87MPa,分解电压高于4.5V,电化学稳定窗口大于3.2V,界面稳定性良好。向其中添加复合增塑剂制备成凝胶电解质,EC/DEC含量低于50%电解质的电导率即可达到10-3S/cm,1MPa压力作用20天,增塑剂损失量不到9%。
设计合成了一系列硅氧烷主链上悬挂梳状短链PEO作为内增塑链的梳状网络新型聚合物电解质。体系的室温离子传导率提高到10-4 S/cm以上,电解质膜的最大断裂强度为0.66Mpa。电解质的电化学稳定窗口大于3.5V,直到+5.0V电解质仍然保持稳定没有发生氧化分解。界面稳定性良好,具有优秀的电化学稳定性。
在咪唑环的3位引入了不同长度的短链PEO,并与不同的阴离子配合制备了一系列极性链段改性的离子液体,改善了离子液体和聚合物的相容性。在250℃和80℃的热失重,离子液体体系均只有EC/DEC体系的1/3和1/7,说明离子液体体系具有优良的热稳定性。不同阴离子的离子液体中,RTIL-Cl-体系粘度最小,电导率最高。离子液体的添加使电解质的室温电导率可以提高近1.5个数量级。
制备了不同纳米粒子含量的复合聚合物电解质,超声+球磨的方法可以得到良好的纳米分散体系。纳米填料的含量为10%时,电导率达到最大值,约为5.2×10-4S/cm,纳米填料对离子电导率的影响在低温部分比较显著,高温部分离子电导率差别变小。复合电解质的机械力学性能随无机填料含量的增加而提高,最高可达1.87MPa,其电化学稳定窗口大于3.7,直到+4.4V也没有观察到电解质的氧化分解,提出了以“聚肤效应”和“尖端放电”为基础的纳米粒子对电解质电导率增强的机理假说。并以该机理解释了该复合电解质的电导率相关现象。