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摘 要

当下社会，虽有传统能源苦苦支撑，但由于其环境污染等原因，发展新型绿色环保能源成为当务之急。不说石油，煤等传统能源对环境的污染，就说地热能等新型能源的使用，也常受环境、气候等因素的强力限制。故而二次电池的开发及其电解质的制备，有望改善这种情况。

目前对二次电池的主流研究，主要集中在通过以Li 等阳离子为传输对象的新型二次电池上，本课题组却打算另辟蹊径，提出一种新型阴离子电池—氯离子电池。

氯离子电池具备能量密度高等优势，但因其液态电解质在现实中的高事故率，本课题组拟采用固态聚合物电解质，同时还能解决电极反应间产生的脱溶问题。

本实验研究以聚环氧乙烷（PEO）为基体，添加N_444,1Cl和TiO₂制备成电解质膜，进行XRD和SEM测试了解其组分机理和形貌；再装于电池后测试其离子电导率，证明其具备合适的电导率；最后组装扣式电池，测试其充放电性能、电化学窗口、CV等项目，证明其具备良好的电化学性能。

从PEO/ TiO₂这种电解质体系的构建中，充分实现了聚环氧乙烷作为氯离子电池之中的电解质材料的可行性。

关键词：氯离子电池、聚合物电解质、聚环氧乙烷

Preparation and Performance of PEO Electrolyte for Chloride Batteries

Abstract

In the current society, although traditional energy sources are struggling to support them, because of environmental pollution and other reasons, the development of new types of green and environmentally friendly energy has become an urgent task. Regardless of the environmental pollution caused by traditional energy sources such as petroleum and coal, the use of new energy such as geothermal energy is often limited by factors such as the environment and climate. Therefore, the development of secondary batteries and the preparation of their electrolytes are expected to improve this situation.

At present, the mainstream research on secondary batteries is mainly focused on new secondary batteries that use Li and other cations as the transmission targets. However, this group intends to find new ways to propose a new type of anion battery—a chloride battery.

Chloride ion batteries have the advantages of high energy density, but due to the high accident rate of liquid electrolytes in the real world, this group plans to use solid polymer electrolytes, and at the same time, it can also solve the problem of desolvation between electrode reactions.

The experimental study of polyethylene oxide (PEO) as the matrix, adding N_{444, 1}Cl and TiO₂ prepared electrolyte membrane, XRD and SEM test to understand the composition of the mechanism and morphology; recharged after testing the ionic conductivity of the battery, Prove that it has the appropriate conductivity; finally assembled button cell, test its charge and discharge performance, electrochemical window, CV and other items, proved that it has a good electrochemical performance.

From the construction of the PEO/TiO₂ electrolyte system, the feasibility of using polyethylene oxide as an electrolyte material in a chloride ion battery was fully realized.

Key words: chloride ion battery, polymer electrolyte, polyethylene oxide

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 氯离子电池 1

1.3 PEO基聚合物电解质研究现状 3

1.4 PEO基聚合物电解质体系 4

1.4.1全固态聚合物电解质（ASPEs） 5

1.4.2凝胶状聚合物电解质(GPEs) 5

1.4.3复合聚合物电解质(CPEs) 5

1.5 对聚合物的改性操作 6

1.5.1 通过共同混合改变性质 6

1.5.2 共聚及接枝的改性方法 7

1.5.3 对GPE进行交联法改性 7

1.6 对于PEO基聚合物电解质的研究意义 8

第二章 实验设计及过程 9

2.1实验设备及试剂 9

2.2实验步骤和方法 10

2.2.1 总实验流程 10

2.2.2 PEO基聚合物电解质制备流程 10

2.2.3 正极FeOCl的制备 10

2.2.4 模拟电池的组装 11

2.2.5 电池的组装 11

2.3 样品测试及表征 11

2.3.1 XRD测试试样相结构 11

2.3.2 SEM测试试样颗粒形貌 12

2.3.3 氯离子电池恒流充放电测试 12

2.3.4 离子电导率的测定 12

2.3.5 电化学窗口测定 13

2.3.6循环伏安测定 13

第三章 实验结果与讨论 14

3.1 XRD测试 14

3.2 离子电导率的测定 14

3.3 电化学窗口测试 16

3.4 界面阻抗测试 16

3.5 电池的充放电性能及循环性能 17

3.6 SEM测试 18

第四章 结论 19

参考文献 20

致谢 24

第一章 绪论

1.1 前言

石油、天然气等一次性能源的消耗早是老生常谈，而即便是二次能源的开发利用，也常常会带来严重的环境问题。于是，寻求洁净的可再生能源，成为了解决严峻生态问题的关键。伴随着电能的发现，电池的普及，可充电电池成为了发展核心，譬如现在的锂离子电池。近几年来，研究主要集中于以阳离子（Li ，Mg² ，K 等）为传输介质的可充电电池，但对以阴离子（F⁻ 、Cl⁻等）为传输介质的充电电池的开发^[1,2-4]，也作为了研究对象，这将有望为新型可充电电池开辟出一条全新的道路。氯离子电池是新型的可充电电池，其机理是在电池体系内完成氯离子于正负极间的传导。而单论其能量的密度方面，是优越于传统的锂离子电池的。

1.2 氯离子电池

氯离子电池，是以金属氯化物为正极，以具备碱性的金属，或元素周期表ⅢB族的金属为负极，以离子液态为电解质的一种电池。而氯离子电池的发电原理，则是因为氯离子能在其体系内顺利地传导。

如图1所示，该电池体系为充满态，以金属氯化物为正极，其金属元素大多隶属于过渡族元素，小部分属于主族元素；而负极则多采用ⅡA族、ⅠA或ⅢB族的金属元素，该电池的电化学反应式如下^[5]：

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