论文总字数：26044字

摘 要

电解质作为锂离子电池的重要组成部分，它的研究开发与性能改进是锂离子电池发展的核心之一。凝胶聚合物锂离子电池是锂离子电池发展的一个新方向。其优点是电导率较高，并且电池中不含游离电解液解决了漏液问题，具有可靠的安全性、形状可任意调节、折叠，可制成超薄型电池。

目前，凝胶聚合物锂离子电池的核心技术是高性能凝胶聚合物电解质的研制，而凝胶聚合物电解质通常存在电极界面稳定性差和机械强度差等问题。本文从凝胶聚合物电解质存在的上述问题出发，从离子液体的制备，聚合物基体材料的合成以及离子液体与聚合物基体混合制备凝胶聚合物电解质膜时不同反应物的 含量的控制等方面着手,对凝胶聚合物电解质的组份进行了控制，制备了性能优良的新型凝胶聚合物电解质。

利用电化学交流阻抗法测试电解质膜的电导率;通过DSC测试方法测试了聚合物电解质的玻璃化转变温度;测试了电解质膜的本体电阻以及其与电极所形成的界面电阻;运用循环伏安法以及线性伏安法测定了电解质膜的电化学窗口。

关键词：锂电池 离子液体 聚合物基体 凝胶聚合物电解质

Preparation of gel polymer electrolyte PEO matrix composite ionic liquids and performance research

Abstract

The electrolyte is a important part of lithium ion battery,its research and development and performance improvement is one of the core of lithium-ion batteries development.Gel polymer lithium batteries (GPLB) is a new direction in the development of lithium ion batteries. Because it not only has good performances, but can also solve the possible problems of leakage and blast, owing to no free liquid electrolyte in GPLB with good mechanical stability. Also it is very convenient to design the shape at will.

Now the key technology in GPLB is the preparation of gel polymer electrolyte with excellent performances. Moreover, some common problems such as poor mechanical strength and interfacial unstability with electrode are found in gel polymer electrolyte.Focused on the preparation of ionic liquids and polymer substrate.Then ionic liquid is mixed with polymer substrate preparation of gel polymer electrolyte membrane.By controlling the amount of reactants, the component of the gel polymer electrolyte may be controlled so we can prepare an excellent performance of the new gel polymer electrolyte.

Testing the conductivity of the electrolyte membrane by the method of electrochemical impedance spectroscopy; DSC methods were used to test glass transition temperature of electrolyte polymer; Now the bulk resistance of the electrolyte membrane and the interface resistance with the electrode is formed; Electrolyte membrane was measured using cyclic voltammetry; The electrochemical

window of the electrolyte membrane was measured by the method of cyclic voltammetry and linear voltammetry.

Keyword: Lithium battery; Ionic liquids; Polymer matrix; gel polymer electrolytes

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 锂电池及其所用的电解质 1

1.3 聚合物电解质 2

1.3.1 聚合物电解质概述 2

1.3.2 聚合物电解质的研究概况 3

1.3.3 聚合物电解质用于锂电池的优势 4

1.3.4 聚合物电池的导电机理 4

1.3.5 聚合物锂离子电池存在的问题 6

1.4 全固态聚合物电解质（SPG) 6

1.5 复合聚合物电解质 7

1.6 锂离子电池凝胶聚合物电解质的研究进展 7

1.6.1 凝胶聚合物电解质概念 7

1.6.2 凝胶聚合物电解质的研究进展 8

1.6.3 凝胶聚合物电解质的制备 8

1.7 凝胶聚合物电解质的性能评价 11

1.7.1 玻璃化转变温度（Tg）、晶态熔融温度(Tm)和结晶度（Xc） 11

1.7.2 离子电导率 12

1.7.3 界面稳定性 12

1.7.4 电化学稳定窗口 13

1.8 凝胶聚合物电解质性能的影响因素 13

1.8.1 锂盐含量对玻璃化转变温度（Tg）的影响 13

1.8.2 温度、聚合单体比例、离子液体量对锂离子电导率的影响 13

1.8.3 电解质/电极界面稳定性的影响因素 14

1.9 本课题的主要研究内容以及研究意义 14

第二章 实验部分 15

2.1 原料与设备 15

2.1.1 实验原料 15

2.1.2 实验设备 16

2.2 样品的制备及主要步骤 16

2.2.1 聚合物母体大分子单体的制备 16

2.2.2 离子液体(BmimBF₄)的制备 17

2.2.3 复合凝胶聚合物电解质膜的制备 17

2.3 表征方法 18

2.3.1 FTIR分析 18

2.3.2 DSC曲线的玻璃化转变温度分析（Tg） 18

2.3.3 离子电导率 18

2.3.4 界面电阻 19

2.3.5 电化学窗口 19

第三章 实验结果和讨论 20

3.1 单体红外分析 20

3.2 离子液体红外分析 20

3.3 聚合物电解质锂盐含量与Tg关系 21

3.4 聚合物电解质电导率的测定 22

3.5 界面稳定性 24

3.6 聚合物电解质的电化学窗口测试 26

第四章 结论 27

4.1 结论 27

参考文献 28

致谢 ....31

第一章 文献综述

1.1 引言

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充、放电过程中，Li 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。充电池时，Li 从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池。锂离子电池是现代高性能电池的代表。

随着微电子技术的迅速发展和人们生活水平的提高，便携式电子产品日益普及。作为便携式电子产品的配套电源，小型二次电池因此而获得了新的发展机遇。但日益小型化、轻量化的便携式电子产品和日趋增强的环保意识，对化学电源性能及化学组成提出了越来越高的要求。传统二次电池如镍镉电池、铅酸电池等因比能量低以及环境污染等问题，越来越难以适应新的应用需求。因此，迫切要求发展具有高比能量的绿色二次电池新体系。在这种需求背景下，锂离子电池应运而生^[1]。与其它二次电池体系相比，锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小、低污染以及无记忆效应等显著优势。因此，从上世纪90年代初问世起就一直是化学电源研发的热点^[2]。经过十多年的发展，锂离子电池技术日趋成熟，并已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄录机等便携式电子产品中，市场需求与日俱增。此外，其显著的高比能优势近年来也已引起包括电动汽车、航天、太阳能储能等高技术应用领域的广泛关注。

1.2 锂电池及其所用的电解质

锂电池是指电化学有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的最基本电化学单位。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的，目前所说的锂电池一般指锂离子电池。

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