ATRP接枝共聚AN对PMMA-b-AN复合凝胶聚合物电解质性能的影响

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摘   要：文章采用原子转移自由基聚合反应合成不同嵌段比的聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚丙烯腈（PMMA-b-AN），研究其工艺条件对凝胶聚合物电解质（GPE）性能的影响。结果表明，AN添加量达到5%，PMMA-b-AN质量分数为15.5%时，复合凝胶聚合物电解质电导率最高可达2.05 mS/cm，具备良好电化学性能。

关键词：凝胶聚合物电解质;导电性;接枝共聚

锂离子电池具有高能量密度、绿色环保无害、无记忆效应和充放电循环使用寿命长等优点，在各类便携式移动电子产品、储能设备以及大功率发电系统等领域使用广泛。该工作系统主要由正负极材料、电解质溶液和多孔隔膜组成。早期商业化电池用液体电解质，但使用过程出现各类安全事故问题，如电池漏液、锂离子枝晶易爆等。有机溶剂液体电解质已经改为聚合物电解质，且由金属装盛发展为铝塑复合薄膜包装，从而锂离子电池变得更加轻薄且形状可任意定制。目前聚合物电解质根据形态分为固体聚合物电解质和凝胶聚合物电解质，前者因导电性太差，应用受到限制，后者由于导电性好，制作成本低受到广泛关注[1-2]。

本实验采用原子转移自由基聚合反应（Atom Transfer Radical Polymerization，ATRP）法在MMA单体上接枝共聚AN单体，合成PMMA-b-AN嵌段式复合PMMA基凝胶聚合物电解质，将两者优点结合起来，既获得PMMA导电率高又通过PAN提升聚合物机械强度，为进一步商业规模化推广提供技术支持。

1    实验部分

1.1  复合PMMA基凝膠聚合物电解质制备

将甲基丙烯酸甲酯MMA（AR级，分析纯）放入3口烧瓶中，在60 ℃和氮气保护条件下采用ATRP法，对丙烯腈AN接枝共聚得到不同嵌段的PMMA-b-AN复合聚合物。与LiPF6、碳酸乙烯酯（EC）以及碳酸二甲酯（DMC）混合，经搅拌均匀后把浇筑到模具内即可得凝胶聚合物电解质GPE。

1.2  电导率测试

电导率高低是衡量电解质的重要参数，制备复合型凝胶聚合物电解质，用电导率仪测试结果。

2    结果与讨论

2.1  凝胶聚合物电解质AN添加量影响

图1为PMMA-b-AN接枝共聚时MMA与AN配比，从图1中可看出，随着AN添加量增加，电导率呈下降趋势，当AN添加量≥10%时，凝胶机械强度随之增加，但电导率下降开始趋于缓和。

2.2 凝胶聚合物电解质PMMA-b-AN质量分数

图2为嵌段式改性PMMA凝胶聚合物电解质用量的影响关系，从图2中可知不同聚合物用量对凝胶聚合物电解质的电导率影响很重要，随着PMMA-b-AN用量提高，电解质电导率逐渐降低，表明有机溶剂在聚合物交联结构中形成凝胶固化强度高，过多聚合物会阻挡导电离子移动方向且使粒子运动距离变远，导致电导率下降。

3    结语

通过原子转移自由基聚合反应法，由不同AN添加量与MMA接枝共聚制得不同嵌段比PMMA-b-AN，研究不同因素的影响。结果表明，当AN用量5%，PMMA-b-AN质量分数为15.5%时，复合凝胶聚合物电解质电导率最高可达2.15 mS/cm，具备良好的电化学性能。

[参考文献]

[1]ZHANG C，CHEN Y M，LI H，et al.Effects of PDMS with polyether side chains on the fluoropolymer based gel lithium eletrolytes[J].Journal of Functional Materials，2010（10）：1784-1787.

[2]ASMARA S N，KUFIAN M Z，MAJID S R，et al.Preparation and characterizationof magnesium ion gel polymer electrolytes for application in electrical double layer capacitors[J].Electrochimica Acta，2011（57）：91-97.

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