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1、本科毕业设计(论文)题目：高分子透明凝胶电解质的制备与表征院 （系）： 材料与化工学院 专 业： 高分子材料与工程 班 级： 090310 学 生： 学 号： 090310113 指导教师： 2013年6月高分子透明凝胶电解质的制备与表征摘 要由于高分子凝胶电解质同时具有高分子水溶液和电解质的性质，可以起到固体电解质与液体电解质的双重性能，因此在电池领域中起到隔板与电解质的双重作用，从而在锂离子电池、太阳能电池以及各类电致变色器件中被广泛的应用。本论文主要以高氯酸锂（LiClO4）、碳酸乙烯酯（EC）、三氟甲烷磺酸锂（LiCF3SO3）、碳酸丙烯酯（PC）、聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）、以
2、及光固化剂DMPAP通过紫外光固化，采用类“浇铸”技术从而制备凝胶凝胶电解质。用红外光谱测试凝胶电解质样品组份、紫外光谱图对凝胶电解质的光透射率进行表征、XRD对凝胶电解质的结晶程度进行表征、四探针电导仪表征凝胶电解质的导电性。通过在不同条件下对凝胶电解质样品的电导率测试得出凝胶电解质的水稳定性、抗紫外光老化、自然环境下样品稳定性都较好，虽然在以上条件下凝胶电解质样品的电导率都有一定幅度的变化，但变化范围不是很大，并且在以上条件下凝胶电解质样品的电导率可达到1.5s/cm；其次，用凝胶电解质与苯胺制备的电致变色器件的变色性能很好，在11.5v电压下器件变色明显。关键词：凝胶电解质；紫外光固化；
3、类“浇铸”技术 ；电致变色Preparation and characterization of polymer gel electrolyteABSTRACTPolymer gel electrolytes possess the properties of solid and liquid electrolyte, can play a dual role of separator and electrolyte in the battery field. So it is widely used in a lithium ion battery, solar battery and va
4、rious electrochromic devices.In this paper, we mainly used lithium trifluoromethane sulfonate (LITRIF), propylene carbonate (PC), polyethylene glycol diacrylate (PEGDA), and UV light curing agent DMPAP to prepare the gel electrolyte using the casting technology. The composition, light transmittance,
5、 crystallinity and conductivity of gel electrolyte samples were characterized by infrared and UV-vis spectra, XRD and four probe electric conductivity meter. Through the conductivity testing of polymer gel electrolyte in different conditions, its stability after being dropped in water or UV aging an
6、d being placed in the natural environment was studied. The results showed the conductivity of gel electrolyte changed in a narrow range, and reached 1.5 S/cm under the above conditions. The electrochromic devices prepared with gel electrolyte and polyaniline presented obvious discoloration under 11.
7、5 voltage.Keywords: Gel electrolyte; ultraviolet light polymerization; casting technology; electrochromism目录摘 要IABSTRACTII目录III1 绪论11.1 前言11.2 凝胶电解质的组成21.2.1聚合物21.2.2增塑剂31.2.3锂盐31.3凝胶电解质的性能41.4凝胶电解质的导电机理51.5凝胶电解质种类71.5.1聚氧化乙烯体系71.5.2聚丙烯腈体系71.5.3聚甲基丙烯酸甲酯体系81.5.4聚偏氟乙烯体系81.5.5多孔凝胶体系81.6 凝胶电解质的制备方法91.6.
8、1 Bellcore技术91.6.2 倒相法91.7 聚合物凝胶电解质的局限性以及发展前景92 实验部分102.2实验原料和设备102.2.1实验原料102.2.2实验设备102.3.1 前期实验探索112.3.2设计正交试验确定最佳实验配比112.3.3样品电导率测试112.3.4最佳实验配比的确定122.3.5重复实验对所得配比进行验证122.3.6不同盐含量对凝胶电解质电导率的影响122.3.7不同增塑剂含量对凝胶电解质电导率的影响122.3.8紫外老化、浸水、自然环境放置测定样品电导率122.3.9 红外（FT-IR）、紫外、XRD等测试122.4.0凝胶电解质在电致变色器件中的应用1
9、33 结果与讨论143.1红外光谱（FT-IR）分析143.1.1红外光谱图143.1.2分析与讨论163.2紫外光投射分析173.2.1紫外光投射射谱图173.2.2分析与讨论173.3聚合物凝胶电解质XRD散射谱图与分析讨论173.4聚合物凝胶电解质电导率测定与正交实验分析193.4.1正交试验图表193.4.2正交试验分析203.5不同药品量凝胶电解质电导率的变化与分析203.5.1不同盐含量凝胶电解质电导率的变化与分析203.5.2不同增塑剂含量凝胶电解质电导率的变化与分析213.6凝胶电解质紫外老化测试与分析223.7凝胶电解质水稳定性测试与分析233.8凝胶电解质自然环境稳定性测试
10、与分析243.9凝胶电解质以及在聚苯胺变色器件中的应用254 结论26参考文献27致 谢29毕业设计（论文）知识产权声明30毕业设计（论文）独创性声明31V1绪论1 绪论1.1 前言高分子电解质（聚合物电解质）是指在高分子主链上带有可离子化基团的物质1，当其溶解与介电常数很大的物质中时，就会发生离解放出许多低分子离子，而高分子本身则成为留下带有若干离解位且与低分子离子相反电荷的聚离子。凝胶是具有一定几何外形，同时具有固体和液体的某些胶体分散体系2。一般凝胶具有空间网状结构，既具有强度、弹性和一定的屈服值，有具有使小分子离子在体系其中自由扩散的能力。其内部结构和通常的固体也不一样，大多是由两相组
11、成（固液或固气），因此，表现出固态和液态的双重性能，但无流动性3。高分子凝胶电解质则是由聚合物基体、增塑剂、以及锂盐形成的凝胶态体系，是以凝胶态存在的电解质，具有液体电解质体系中的隔膜与离子导电载体的功能4。由于高分子凝胶电解质同时具有高分子水溶液和电解质的性质，这两类性质的结合使其具有许多宝贵的性能，如絮凝性、增稠性、分散性、电离性、减阻性等，从而得到广泛的应用5。虽然凝胶自古就有，但是对其结构、功能、应用系统的研究还是近三十年的事，在20世纪40年代，Plory PJ对高分子凝胶的物理学性质已有研究，提出了高分子凝胶的溶胀理论6。20世纪50年代，Katchasty A 和 Kuhn W
12、对合成高分子电解质凝胶进行了系统的实验并提出了较详细的基础理论7-9。首次建立起用凝胶在 PH 变动下伸缩产生的动力来驱动“化学机械”体系。1973年，Wright等10首次报告了合成聚氧化乙烯（PEO）和碱金属盐双组份复合物，这种复合物是呈固态，具有一定的离子导电性，提出了聚合物电解质的概念，但这时没有得到足够重视。1975年，Feuilluade 等11采用聚丙烯腈（PAN）和聚偏氟乙烯（PVDF）六氟丙烯P(VDF-HTP)交联共聚物与碳酸丙烯酯（PC）合成聚电解质盐，首次制备了物理交联和化学交联的聚合物凝胶电解质。20世纪70年代末，Tanaka T 等12发现了在电场、温度、溶剂组成
13、、PH值、光强度等外界条件刺激下发生不连续、很大体积变化现象，称为凝胶体积相变现象，简称相变13。这一发现引起了各国学术界的高度重视，更掀起了研究热潮，为后来的凝胶电解质的研究奠定了基础。虽然如此，但由于凝胶结构的均一性，其电性能受试样的制作方法影响，并从在电分解和电极化等问题，使电性能的测试非常困难，导致对高分子凝胶电解质的研究收到了限制。直到20世纪80年代末，才找到一些适合方法，长田义仁等人在试验的基础上成功地正确地测试出高分子凝胶电解质的电导率，这才使得高分子凝胶的研究全面展开。20世纪90年代以前，人们对聚合物电解质的研究局限于“Salt in Polymer”14 28西安工业大学
14、毕业设计（论文）体系，即少量的无机盐溶于大量的聚合物中，但这种电解质在室温电导率上很难有所突破。1993年，Angell等跳出传统概念的束缚，提出了“Polymer in Salt”的新设想。同年，美国Bellore公司首次报道了全固态聚合物锂离子电池，采用聚电解质膜取代液态电解质，这是锂离子电池发展的一个重大标志，也是聚电解质发展的一个重大进步。从Wright的开创性的提出聚合物电解质的概念到现在，聚合物凝胶电解质已发展出许多类，就目前已开发的聚合物（高分子）凝胶电解质有PEO基、PMMA基、PAN基、和PVC基等多种，同时，在这类聚合物基础之上形成的共聚电解质有偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物，丙
15、烯腈甲基丙烯酸甲酯苯乙烯共聚和聚氯乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物等，特别是采用共混合并在聚合物电解质中加入增塑剂，形成凝胶电解质，显著地提高了聚合物电解质的电导率，使得电解质的电导率可以达到10-4 s.cm-1，使得聚合物电解质在电池工业中得以应用15。1.2 凝胶电解质的组成凝胶电解质主要由聚合物、增塑剂、锂盐组成，体系中，聚合物、增塑剂、锂盐之间存在着相互竞争，这种竞争会影响凝胶电解质的离子传递性能和其他性能，各组成所起的作用不同，其各自的结构与相互匹配也影响相应的凝胶电解质的性能16。所以，不同组成、不同配比、不同制备方法所得的凝胶电解质的性能也各有不同。凝胶电解质有交联型和非交联型两类。一般而言，非交联型凝胶电解质相较与交联型凝胶电解质的机械性能较差，但非交
