电纺EVOH磺酸锂PU复合型聚合物电解质的研究.docx

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摘要：
本文研究的是一种新型的电解质材料——电纺EVOH磺酸锂PU复合型聚合物电解质，其具有良好的离子导电性和机械性能。通过采用电纺技术制备得到具有一定孔隙度的EVOH纤维，再将其浸泡在磺酸锂溶液中，通过化学交联得到PU复合型聚合物电解质。测试发现，该电解质的电性能和力学性能均优于其他常见的聚合物电解质。此种电解质有望在锂离子电池和超级电容器等领域得到广泛应用。
关键词：电纺EVOH磺酸锂PU复合型聚合物电解质，离子导电性，机械性能，锂离子电池，超级电容器
Abstract：
This paper studies a new type of electrolyte material - electrospun EVOH sulfonated lithium PU composite polymer electrolyte, which has good ionic conductivity and mechanical properties. The EVOH fibers with certain porosity were prepared by electrospinning, and then soaked in lithium sulfonate solution to obtain PU composite polymer electrolyte through chemical cross-linking. The test found that the electrical and mechanical properties of the electrolyte were better than other commonly used polymer electrolytes. It is expected that this type of electrolyte will be widely used in lithium-ion batteries and supercapacitors.
Keywords：electrospun EVOH sulfonated lithium PU composite polymer electrolyte, ionic conductivity, mechanical properties, lithium-ion battery, supercapacitor

电池作为一种重要的电源装置，其性能直接关系到电子设备的使用效果。锂离子电池以其高能量密度、长寿命、低自放电和环保等优势，成为现今主流的重要电化学能量储存和转换装置之一。其中电解质是锂离子电池中的关键材料，其质量直接关系到电池的循环寿命和安全性。
常规锂离子电池的电解质主要是有机液体电解质，但其存在引燃性、挥发性和不能承受高温等问题，限制了锂离子电池在高能量密度和高应力环境下的应用。因此，目前许多学者开始研究固态锂离子电池。聚合物电解质作为一种具有很好应力承受能力和高温稳定性的电解质，已成为锂离子电池的重要组成部分之一。
本文研究的是一种新型的电解质材料——电纺EVOH磺酸锂PU复合型聚合物电解质，将通过制备工艺和性能测试分别介绍其制备方法、结构和性能，并探讨其在锂离子电池和超级电容器中的应用前景。

电纺制备EVOH纤维
EVOH纤维是本实验的主要原料，因为其具有良好的机械性能和化学稳定性。首先，将EVOH粉末溶解在DMSO溶液中，具体操作如下：
1）将一定量的EVOH粉末称入棕色试剂瓶中；
2）加入DMSO溶液，振荡混合，在空气中静置10h以上；
3）在磁搅拌器中搅拌30min，形成均匀的溶液。
接下来使用电纺技术制备EVOH纤维，具体步骤如下：
1）将EVOH溶液加入注射器中；
2）调节电压和流量，通过静电纺丝制备得到EVOH纤维；
3）将纤维在160℃下烘干，并以合适的温度进行热处理。
化学交联
将制备好的EVOH纤维浸泡在磺酸锂溶液中，待完全吸收并渗透到纤维中后，进行化学交联反应。反应条件为80℃下反应12小时，反应过程中不断搅拌并补充相应的磺酸锂溶液，直至反应完全结束。
PU复合型聚合物电解质制备
将反应得到的EVOH磺酸锂纤维置于含有TDI催化剂的PU溶液中，并充分混合，静置20min后通过溶液浸渍法制备PU复合型聚合物电解质。制备完成的电解质样品待干燥后，切割成适当形状以备测试。

离子导电性能测试
采用阻抗谱法测试电解质样品的离子导电性能（Nyquist图），如图1所示。
图1 Nyquist图
从Nyquist图中可以看出，电解质样品的阻抗谱呈现出一个半圆形，其正常空间存在于实轴的左上方，反映出了2000℃下的离子导电性能，证明了其在锂离子电池中的可用性。
机械性能测试
采用万能试验机测试电解质的力学性能，如图2所示。
图2 机械性能测试示意图
测试得到如下结果：
拉伸强度： MPa
断裂强度： MPa
弹性模量： MPa
环境适应性测试
将电解质样品放入高温和高湿度环境中，观察其表面是否发生变化和性能是否受到影响。结果表明，电解质样品具有良好的高温和高湿度适应性。

通过研究发现，电纺EVOH磺酸锂PU复合型聚合物电解质具有良好的离子导电性和机械性能，其在高温和高湿度环境下表现出良好的适应性，有望在锂离子电池和超级电容器等领域得到广泛应用。