有機無機複合式固態高分子電解質之製備與鑑定:
固態核磁共振及導電度相關之研究

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化學學系

論文名稱

有機無機複合式固態高分子電解質之製備與鑑定: 固態核磁共振及導電度相關之研究
(Solid-State NMR and Ionic Conductivity Studies of Nanostructured Organic-Inorganic Polymer Electrolyte Prepared from Poly(propylene glycol) and Siloxanes )

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摘要(中)

本實驗以(3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GLYMO)混Tetraethoxysilane (TEOS) 和 o,o’-Bis-(2-aminopropyl)polypropylene glycol (D400) 為三成分複合式高分子膜，含浸LiClO4-H2O/THF溶液製成固態複合式高分子電解質。藉由X-ray粉末繞射儀的測定，我們可觀察到當高分子電解質摻入鋰鹽濃度為8% 、12.5% 時，產生具有較高規則度排列的吸收峰訊號。在DSC的測量中，隨著Li+ 濃度增加，Tg 有先下降再上升的現象，因此可知當高分子電解質摻入8% 鋰鹽濃度時，分子鏈段具有較佳擾動性；並且利用 FT-IR 與 SEM 儀器測定，觀察到當加入鋰鹽濃度高於8% 時會產生過多的鹽類錯合物，使的高分子聚合呈現不均勻現象，也因此降低了導電度。此外，在solid state NMR變溫光譜中都 fwhh 有明顯變化，證明了摻入不同鋰鹽濃度會使高分子電解質中鏈節運動有不同變化，隨著溫度的上升 7Li NMR 的 fwhh 的改變，造成活化能的差異；藉由 13C CP/ MAS NMR實驗，了解在不同鋰鹽濃度下，固態高分子電解質polymer chain鍵結情形，並且透過交叉極化隨接觸時間變化之實驗，針對不同高分子鏈段運動性進一步討論，仍可發現當高分子電解質中混摻鋰鹽濃度為 8% 時，分子間偶極作用力較小，分子鏈段有較佳的運動性，與我們所測得的導電度有著相同的趨勢。
高分子間交聯程度的提升會提高了機械強度的性質，但卻降低了導電度，摻入鋰鹽改變了高分子間交聯的程度，也改變了高分子鏈段的運動性。複合式高分子電解質 (ZD400)，將不同性質之高分子以物理方式混合，並且利用傅立葉紅外線吸收光譜儀 (FTIR)、X光粉末繞射 (XRD)、掃描式電子顯微鏡 (DSC)、熱重量分析儀 (TGA)、固態核磁共振 (Solid State NMR)、掃瞄式電子顯微鏡 (SEM)、交流組抗 (AC-Impedance) 等儀器進行分析鑑定。由實驗結果證明添加鋰鹽含量會影響著高分子的交聯程度與分子鏈段的運動性，而與固態高分子電解質的導電度有著密不可分的情形。

關鍵字(中)

★ 導電度
★ 固態核磁共振
★ 複合式固態高分子電解質

關鍵字(英)

★ Organic-Inorganic Polymer Electrolyte
★ Ionic Conductivity
★ Solid-State NMR

論文目次

第一章緒論 1
1-1 簡介 1
1-2 鋰電池的發展 3
1-3 高分子電解質 7
1-3-1 導電機制 7
1-3-2 固態高分子電解質之特性 10
1-3-3 高分子電解質的種類 11
1-4 複合材料 18
1-5 水含量的影響 21
1-6 溫度對高分子電解質的影響 21
1-7 抗氧化性 23
第二章研究規劃 24
2-1 研究目的 24
2-2 研究架構 24
第三章實驗技術與原理 26
3-1 實驗藥品 26
3-2 儀器設備 26
3-3 高分子電解質膜之製備 27
3-3-1 開環聚合反應 28
3-3-2 D400複合式固態高分子電解質之製備 29
3-4 儀器分析原理及操作條件 30
3-4-1 微差掃描熱卡計(DSC) 30
3-4-2 掃描式電子顯微鏡 (SEM) 31
3-4-3 熱重量分析儀 (Thermo gravimetric analyzer,TGA) 32
3-4-4 X光粉末繞射 (Powder X-ray diffraction, XRD) 32
3-4-5 傅立葉紅外線吸收光譜儀 (FTIR) 33
3-4-6 交流阻抗(AC Impedance)分析 34
3-4-7 等效電位 (equivalent circuit) 37
3-5 固態核磁共振儀 (Solid state NMR) 39
3-5-1 魔角旋轉 (Magic Angle Spinning，MAS) 44
3-5-2 交叉極化 (Cross-Polarization, CP) 42 45
3-5-3 固態核磁共振儀操作條件 46
A. 13C NMR 46
B. 29Si NMR 46
C. 7Li NMR 46
第四章結果與討論 47
4-1 掃瞄式電子顯微鏡 (SEM) 48
4-2 傅立葉紅外線光譜 (FT-IR) 48
4-3 X光射線繞設儀 (X-Ray diffraction) 57
4-4 熱性質分析 57
4-4-1 微分掃描熱卡計 (DSC) 57
4-4-2 熱重量分析儀 (TGA) 58
4-5 交流阻抗 (AC-Impedance) 之分析 62
4-6 固態核磁共振光譜 (Solid State NMR) 分析 66
4-6-1 Si MAS NMR 分析 66
4-6-2 7Li Linewidth Measurement 67
4-6-3 13C CP/MAS NMR 分析 71
第五章結論 89
參考文獻 91

參考文獻

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指導教授

高憲明(Hsien-Ming Kao)

審核日期

2003-7-10

推文