聚合物锂离子电池由于具有能量密度高、安全性能好、循环性能稳定等优点,成为大量便携式电子电器的化学电源。随着电极材料研究的日益完善,聚合物电解质已成为影响聚合物锂离子电池电化学性能的关键因素。 本研究报告首次设计制备了三个体系用于聚合物锂离子电池的电解质,分别为PEO/x％PPC/10％LiClO4固态聚合物电解质、PEO/50％PPC/x％TiO2纳米复合聚合物电解质和交联型PPCMA凝胶聚合物电解质。并采用SEM、DSC、TGA、XRD等手段对聚合物电解质膜的物化性能进行了表征,并通过EIS、LSV等电化学方法测试了聚合物电解质的离子电导率、电化学稳定窗口、锂离子迁移数等电化学性能参数,筛选出了具有潜在应用价值的PPCMA凝胶聚合物电解质。 采用溶液浇铸法分别制备了PPC/x％LiClO4和PEO/x％PPC/10％LiClO4锂离子电池聚合物电解质膜。研究发现:PPC/x％LiClO4聚合物电解质的离子电导率较低,其中锂盐的最佳含量为10％,其离子电导率为7.715×10-7S·cm-1。DSC和XRD等测试表明：加入无定形PPC,降低了PEO的Tg、△Hm和Xc,提高了聚合物电解质膜的离子电导率。并随着PPC含量的增加,PEO/PPC聚合物电解质膜离子电导率先增加后减小,当含量为50％时,室温离子电导率达到最大值6.83×10-5Scm-1,且其离子电导率与温度的关系符合Arrhenius方程。PEO/50％PPC/10％LiClO4聚合物电解质膜的电化学稳定窗口大于4.5V,锂离子迁移数为0.51,有较理想的电化学性能。 以PEO和PPC为聚合物基体材料,纳米TiO2为填料,采用溶液浇铸法制备了PEO/PPC/x％TiO2纳米复合聚合物电解质膜。SEM照片表明：TiO2纳米粉体能较均匀地分散在PEO/PPC/x％TiO2复合聚合物电解质膜中。从所有PEO/PPC/x％TiO2复合聚合物电解质膜的DSC和XRD测试结果看出,聚合物基体中PEO的结晶度随膜中TiO2纳米粒子含量的增加而降低,是因为无机氧化物TiO2纳米粒子与聚合物分子链的相互作用,以及二氧化钛纳米粒子表面具有Lewis酸性效应,减弱了聚合物链中O原子对Li+离子的作用,使得Li+离子更容易迁移。因此,无机氧化物TiO2纳米粒子填充PEO/PPC共混聚合物可以提高PEO/PPC/x％TiO2复合聚合物电解质的离子导电率和Li+离子迁移数,改善其电化学性能。当TiO2填充量为3％时,离子电导率达到最大值,室温离子电导率达到5×10-4S cm-1,80℃下高达8×10-3S cm-1。PEO/PPC/x％TiO2聚合物电解质的电化学稳定窗口达到4.5V(相对于Li/Li+)以上,能满足4V锂离子电池的工作电压的要求。离子迁移数TLi+随着TiO2填充量的增加先增加后减小,TiO2填充量为10％时,离子迁移数最高,为0.62。填充纳米TiO2的PEO/PPC/10％TiO2复合聚合物电解质膜有较好的界面稳定性。 以二氧化碳(CO2)、环氧丙烷(PO)和马来酸酐(MA)三元共聚反应合成PPCMA,再以DCP为交联剂进行交联反应,得到PPCMA聚合物电解质干膜,再浸渍电解液进行活化,首次制备了性能优良的PPCMA凝胶聚合物电解质。研究发现随着交联剂DCP用量的增多,PPCMA聚合物电解质的玻璃化转变温度升高,热稳定性增强,吸液率和溶胀率降低。PPCMA凝胶聚合物电解质的离子电导率先增加后减小,其中DCP用量为1.2％时,离子电导率达到最大值,室温离子电导率为8.43×10-3 S·cm-1;50℃时,离子电导率达到了1.42×10-2 S·cm-1。 考察了电解液LiClO4/EC/DMC和添加剂LiBOB浓度对PPCMA聚合物电解质离子电导率的影响。当LiClO4浓度为1.1mol dm-3,PPCMA凝胶聚合物电解质的离子电导率最高,室温离子电导率为1.02×10-2S·cm-1。同时PPCMA聚合物电解质的离子电导率随着添加剂锂盐LiBOB浓度的增加先增大后减小。当LiBOB的浓度为1.3％时,离子电导率达到最大值1.47×10-2 S·cm-1。PPCMA聚合物电解质经1.0mol dm-1LiPF6电解液活化后,其离子迁移数为0.42。 采用高温固相法相制备了层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,并以Li为负极,PPCMA凝胶聚合物电解质为电解质,组装成Li/PPCMA GEL/LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2扣式电池,进行充放电实验。结果表明：在0.1C、2.8-4.2V下,Li/PPCMA1512 GEL/LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的首次放电容量为115.3mAh g-1,不可逆容量较大,前12周的容量保持率为74.5％。