新型聚胺基甲酸酯鋰電池高分子電解質之合成與物性探討

Abstract

本研究於傳統聚胺基甲酸酯之硬鏈段結構中導入一個具有識別性的超分子官能基-diamidepyridine，並摻入不同含量的鋰鹽，製成鋰電池固態高分子電解質薄膜，簡稱PUA1。同時，我們亦合成對照組，使其硬鏈段不包含此識別性官能基，以便探討此超分子官能基對整體導電度及機械性質的影響，並將摻入鋰鹽後所製成的電解質薄膜稱之為PUA2。 本文藉由1H-NMR、13C-NMR及FT-IR鑑定其結構，證實PUA1及PUA2成功的被合成出來。再由交流阻抗分析儀測得PUA1摻入最高含量之鋰鹽有最大的導電度(1.46×10-5 S/cm)，整整高出PUA2五倍之多，雖未達到可實際應用於鋰電池之導電度範圍(10-4 S/cm)，但相較於目前所研究之固態高分子電解質的導電度而言，已有重要性的突破。同時，本研究利用SAXS、DSC、FT-IR及7Li-NMR的分析當中，找出PUA1電解質導電度高於PUA2的最重要因素。首先由SAXS及DSC分析得知，PUA1較PUA2而言有較明顯的微相分離;再由FT-IR與7Li-NMR的分析中觀察出PUA1與PUA2一摻入少量鋰鹽之後，皆產生更多規則的氫鍵作用力，然而，PUA1與PUA2最大之差別在於存在PUA1硬鏈段中的識別性官能基彼此間產生相當規則的氫鍵作用力，使PUA1相較於PUA2而言，具有一個較規則的離子傳導路徑，同時，此規則氫鍵作用力亦使硬質區內部結構排列更為緊密，導致鋰離子毫無空間進入硬鏈段中與-C=O產生氫鍵鍵結;相反的，PUA2硬鏈段中僅有urethane彼此間的氫鍵作用力，並不足以產生非常緊密的硬質區域，使鋰離子有機會與硬鏈段中的-C=O產生ion-dipole作用力，然而鋰離子與-C=O產生ion-dipole作用力會干擾其離子傳導路徑，降低其導電度。 因此，本研究成功的改質傳統之聚胺基甲酸酯高分子電解質，於聚胺基甲酸酯之硬鏈段當構中導入一個識別性官能基，藉由此官能基彼此間的氫鍵作用力促使硬、軟質區有較規則的排列，提供一個較規則的離子傳導路徑，提高整體導電度。