《聚功能化離子液體固體電解質的製備與性能》是依託華中科技大學，由聶進擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：聚功能化離子液體固體電解質的製備與性能
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：聶進
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
課題擬以含有可聚基團（如烯丙基、丙烯酸酯基等）、一個或多個側鏈烷基末端含有醚鍵（-O-）的烷基季銨為陽離子，與化學和電化學穩定性好、配位能力弱的FSIˉ、[RFSO2NSO2F]ˉ 等含氟磺醯基（FSO2-）陰離子組成的離子液體單體為基礎，設計合成一系列季銨型聚功能化離子液體，再將這些聚合物離子液體與新型鋰鹽LiFSI、LiFNFSI等複合製備成鋰（離子）二次電池的電解質。通過對所合成的聚合物離子液體及其複合電解質各種理化和電化學性能、以及原型電池性能的表征，研究離子液體結構與電解質材料離子導電性能的關係、鋰離子在聚合物離子液體電解質中的遷移規律、以及固體電解質材料與電極的相容性等，以期篩選出化學和電化學穩定性好、室溫離子導電率高，在高能鋰（離子）二次電池中具有潛在套用價值的固體聚合物電解質材料，為聚合物離子液體固體電解質套用於全固態鋰（離子）二次電池提供理論基礎和科學依據。
結題摘要
離子液體聚合 (PILs)，將離子液體的優點（如不易揮發，化學與熱穩定性好，電化學性能好等）與聚合物電解質的質量輕、不易漏液、安全性好、易加工成型等優點相結合,可作為一種安全的新型固體電解質材料。本課題充分藉助PILs結構可設計性高的優勢，深入探討了PILs的構效關係。以弱配位的雙(氟磺醯)亞胺（FSI−）和雙(三氟甲基磺醯)亞胺（TFSI−）等為陰離子，以一個側鏈含有碳氫烷基或醚基的不飽和季銨為陽離子構築系列新型季銨型PILs，系統研究了季銨陽離子側鏈結構對離子液體單體及其聚合物的基礎理化性質的影響。以成膜性能良好、電導率較高的P[C5O2NMA.11]FSI和P[C5O2NMA.11]TFSI為聚合物基體，與相應的鋰鹽 (LiFSI、LiTFSI等) 共混，製備具有鋰離子導電能力的鋰鹽/PILs電解質。研究結果顯示：(1) 所製備的季銨型PILs的熱分解溫度均大於250 oC，顯示出良好的熱穩定性；(2) 在季銨陽離子側鏈結構中引入醚基，可以顯著降低PILs的Tg，改善其成膜性能；(3) 當醚基長度為2～3個氧乙烯單元(–CH2CH2O–)時，PILs在30 oC下的電導率可達到4.0 × 10−6 S cm−1；(4) LiFSI/P[C5O2NMA.11]FSI電解質的Tg低於相同鋰鹽濃度的LiTFSI/P[C5O2NMA.11]TFSI電解質，並且隨著鋰鹽濃度的增加Tg逐漸上升；(5) 當鋰鹽濃度相同時，LiFSI/P[C5O2NMA.11]FSI電解質的電導率顯著高於LiTFSI/P[C5O2NMA.11]TFSI電解質，前者30 oC時的電導率可達到1.4 × 10−5 S cm−1，60 oC電導率超過10−4 S cm−1；(6) LiFSI/P[C5O2NMA.11]FSI電解質的氧化電位大於4.5 V，滿足4 V級二次鋰電池的要求；(7) LiFSI/P[C5O2NMA.11]FSI電解質對金屬鋰具有較好的化學穩定性，採用LiFSI/P[C5O2NMA.11]FSI電解質組裝的金屬鋰對稱電池在60 oC儲存30天后，界面阻抗僅為8.3 × 102 Ω cm2。研究結果可為新型鋰 (離子) 二次電池SPEs材料的設計與開發提供理論基礎和科學依據。
