当前位置 > 首页 > 网站建设学院 > > 通信电源

聚合物锂离子蓄电池室温固体电解质的研制

2/14/2005来源:通信电源人气:10745

聚合物锂离子蓄电池室温固体电解质的研制(余晴春、黄海燕、吴益华) 摘要:选用聚乙烯醇丁醛(PVB)作王体高分子,以LiCLO4为碱金属盐,加入PC增塑剂,制备 了聚合物电解质。该方法简单实用,得到的膜为无定形高分子。当n(pVB):n(LiCLO4): n(PC)=5:1:3(摩尔比)时,电导率为7.8×10-4S.cm-1。运用XRD、DSC、交流阻抗等测 试手段,对影响聚合物电导率的因素作了初步探讨。电导率随着锂盐浓度的增加,呈现先增 后减的趋势,当n(PVB):n(LiCLO4)=5:1的,电导率达到最大值。电导率同时也受到增 塑剂的影响,当n(增塑剂):n(锂盐)=3:4的,电导率较高。电导率至温厦的关系符合 Arrhenius公式,聚合物电解质的活化能为59.4KJ/mol。 关键词:聚合物电解质;无定形高分子;电导率;交流阻抗法 聚合物理离子蓄电池,作为充电电池的前沿技术,具有设计灵活,性能优良,价格合理 和安全等综合特性,适用于各类消费类电子产品。目前,改进聚合物电解质材料导电性的研 究正在加速进行中。 本文选用PVB+LiCLO4+PC体系,运用XRD、DSC、交流阻抗等测试手段,对影响聚合物 电导率的因素作了初步探讨。 1实验 1.1聚合物电解质的制备与表征 将一定配比的PVB溶解在甲醇溶剂中,形成A溶液:另将一定配比的LiCLO4。溶解在PC中, 形成B溶液。然后将A、B两溶液混合搅拌,形成均相的溶液,用溶剂蒸发的办法,浇注成膜。 该膜在室温下自然冷却后,再放到真空干燥箱内进一步干燥,得到的自支撑膜放入氩气保护 的手套箱内备用。将得到的样品,用MDSC 2910型DSC热分析仪进行差热分析,Perkin-Elmer 983型FT-IR仪进行红外分析。 1.2交流阻抗的测定 将样品夹在两片不锈钢电极间,用CH 66 ElectrochemicalWorkstation测定样品的交流 阻抗图谱,频率范围从1Hz到10的5次方Hz,由交流阻抗图谱中尾线与实轴的交点,得到聚合 物电解质的本体电阻,由(1)式,计算得到该电解质的电导率。 σ=d/(Rb.S) (1) 式中 α——离子电导率,S/cm d——膜厚,cm Rb——电解质的本体电阻,Ω S——电极的面积,cm2 2结果与讨论 2.1 XRD分析 当PVB中加入LiCLO4后,聚合物电解质仍然为无定形的。聚合物电解质的导电行为,主 要发生在无定形区,因此,分析表明,PVB与Liclo4结合,有可能成为较好的离子导体。 2.2锂盐浓度对电导率的影响 将只有PVB+LiCLO4组成的聚合物(此时没有加入增塑剂),改变锂盐的浓度,测定其 电导率。 当理盐的浓度较低时,聚合物电解质的电导率是比较低的,仅为 10-8 数量级。电导 率随着理盐浓度的增大而增大,当n(理盐):n(PVB)(n/mol)达到0.2时,电导率达最 大值1.1×10-5 S.cm-1接着,随着锂盐浓度的继续增大,电导率反而下降,且在聚合物电 解质表面观察到有高氟酸锂白色晶体析出。 该结果表明,在锂盐浓度逐渐增大的过程中,由于载流离子浓度的增大,电导率也随 之增大;而当盐的浓度继续增大时,高的离子浓度导致了离子间的相互作用力增强,使载 流离子的淌度减小,致使电导率下降。 2.3增塑剂浓度与tg 的关系 将摩尔比为5:1的PVB+LiCOL4溶液与不同浓度的增塑剂混合,用DSC测其玻璃化转变 温度。 随着增塑剂的增加,聚合物电解质的玻璃化转变温度逐渐减小,加快了聚合物电解质 在室温时的链段运动,因此它的导电能力也随着增大。 虽然增塑剂浓度的增加,大大提高了聚合物电解质的电导率,但同时也降低了聚合物 电解质膜的自支成膜性和机械强度。 2.4增塑剂与锂盐的浓度比与σ的关系 实验发现,当锂盐的浓度增大时,σ的增加幅度并没有增塑剂与锂盐的浓度之比的影 响大。 当n(增塑剂):n(锂盐)=3:1时,电导率呈现较高的数值,因此设法增大PC的量, 同时保持n(PC):n(Li+)=3:1的比例不变,得到的电导率为 7.8×10-4S.cm-1,虽 然是一个较好的电导率数值,但是其自支成膜性和机械强度较差。 从这个实验也得到了启发,如果在这个体系中,再加入一种填充剂,该填充剂不影响 电解质本身的电导率,却能增加它的成膜性和机械强度。这样,就能使得聚合物电解质的 电导率有一个较大的提高。 2.5电导率与温度的关系 实验还测定了聚合物电解质的电导率与温度的关系。 3结论 选用聚乙烯酸缩丁醒(PVB)作主体高分子,以LiCLO4为碱金属盐,加入PC增塑剂, 制备了聚合物电解质。该方法简单实用,得到的膜为无定形高分子。当n(PVB):n (LiCLO4):n(PC)=5:1:3时,电导率为7.8×10-4S·cm-1。运用XRD、 DSC、交流 阻抗等测试手段,对影响聚合物电导率的因素作了初步探讨。电导率随着理盐浓度的增加, 呈现光增后减的趋势,当n(PVB):n(LiCLO4)=5:1时,电导率达到最大值。电导率同 时也受到增塑剂的影响,当增塑剂与理盐的摩尔比为3:1时,电导率较高。电导率与温度 的关系,符合Arrhenins公式,聚合物电解质的活化能为 59.4 kJ/mol。 摘自《电源技术》