固态锂电池聚合物电解质研究进展

聚合物作为一种固态电解质具有优良的力学和机械性能,它的性质很大程度上决定了固态锂电池的电化学性能。对部分近期比较热门的聚合物电解质的研究进展进行简要总结,将不同聚合物电解质的性能和优缺点进行比较和讨论,并且对聚合物电解质的研究发展进行展望。     

蒙脱土对PEO-PDMS基聚合物电解质的性能影响

分别将钠基蒙脱土(Na-MMT)和有机改性蒙脱土(OMMT)引入到聚氧化乙烯-聚硅氧烷(PEO-PDMS)聚合物电解质体系中,通过溶液浇铸法制备得到新型蒙脱土复合聚合物电解质材料.适量加入蒙脱土,可有效降低聚合物体系的结晶度,提高聚合物电解质的电导率,室温下样品Na-MMT-6%电导率达到2.24×10-5 S/cm.同时,蒙脱土质量分数的增高还有利于聚合物电解质体系的热稳定性及力学性能的提高.此外,由于有机改性蒙脱土片层间距较钠基蒙脱土大,因此相同添加量下,二者对聚合物电解质的材料性能的影响存在差异.      

Silane as Electrolyte Additives for Lithium Ion Batteries

1 Results In order to overcome the inherent incompatibility of PC with graphite in the lithium ion battery system, improve their electrochemical performance at low temperature,phenyl tris-2-methoxydiethoxy silane (PTMS) has been studied as an additive to the PC-based electrolyte of lithium ion batteries with graphite anode. From the cyclic voltammogram for the graphite anode in the PC-based electrolyte,we find that in the case of the electrolyte without the additive,there is a large irreversible peak ne...     

细菌纤维素凝胶聚合物电解质的制备与性能

利用溶剂转换法制备新型锂离子电池凝胶聚合物电解质(GPE).通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重(TG)分析、广角X射线衍射(WXRD)、力学拉伸及交流阻抗等测试,分析了细菌纤维素凝胶聚合物电解质的微观形态、结构以及电化学性能.研究结果表明:室温下细菌纤维素凝胶聚合物电解质的离子电导率高达1.6×10-2S/cm,拉伸强度达到39.8MPa,其在锂离子电池开发中具有良好的应用前景.     

超支化聚三唑固态聚电解质及其锂离子和锌离子导电性

带刚性结构的超支化聚合物具有优良的溶解性,度低黏与力学性能优异,可用于制备固态电解质.含叠氮基的单体M1和含炔基的单体M2在亚铜离子Cu⁺的催化下发生叠氮-炔点击化学反应,得到超支化聚三唑hb-GPTA.该聚合物具有良好的溶解性、成膜性和热稳定性（热分解温度为350 ℃）.将该聚合物分别与三氟甲基磺酰亚胺锂 (LiTFSI)及三氟甲基磺酸锌 (Zn(OTf)₂)进行掺杂,制备固态电解质,对其电化学性能进行表征.结果表明,hb-GPTA/LiTFSI体系具有更高的电导率（32.7 μ S·cm^-1）,电化学窗口为5.2 V;相比之下,hb-GPTA/Zn（OTf）₂体系电导率较低（0.42 μS·cm^-1）,但其在-1~6 V电压范围内一直保持稳定.结合电化学稳定性分析结果,可以推断含三氮唑的聚合物在制作锌离子电池方面具有潜在的应用价值.     

聚氨酯／超支化聚醚／碱金属复合体系及其离子导电性

为了进一步提高聚氨酯/盐复合体系的离子电导率,合成了聚氧化乙烯聚氨酯（PEU）和超支化聚缩水甘油（HPG）,并与高氯酸锂掺杂得到聚氨酯固体电解质,样品成膜后利用红外光谱、DSC和复阻抗谱分析进行了表征,红外分析发现,随氧锂原子比[EO]/[Li]的减小,醚氧键的吸收峰发生红移、高氯酸根谱带则向高频方向移动、DSC和复阻抗谱分析表明该体系是非晶相材料,HPG的加入提高了聚氨酯体系的电导率,室温（20℃）下,[EO]/[Li]=4～6时其最佳电导率σ达到8.5μS/cm,该体系温度和电导率的关系既不完全符合Arrhenius方程,也不完全符合VTF方程,而是呈现为复杂的曲线关系,这可能与HPG的加入有关。     

超支化聚三唑固态聚电解质及其锂离子和锌离子导电性

带刚性结构的超支化聚合物具有优良的溶解性,度低黏与力学性能优异,可用于制备固态电解质.含叠氮基的单体M1和含炔基的单体M2在亚铜离子Cu⁺的催化下发生叠氮-炔点击化学反应,得到超支化聚三唑hb-GPTA.该聚合物具有良好的溶解性、成膜性和热稳定性（热分解温度为350 ℃）.将该聚合物分别与三氟甲基磺酰亚胺锂 (LiTFSI)及三氟甲基磺酸锌 (Zn(OTf)₂)进行掺杂,制备固态电解质,对其电化学性能进行表征.结果表明,hb-GPTA/LiTFSI体系具有更高的电导率（32.7 μ S·cm^-1）,电化学窗口为5.2 V;相比之下,hb-GPTA/Zn（OTf）₂体系电导率较低（0.42 μS·cm^-1）,但其在-1~6 V电压范围内一直保持稳定.结合电化学稳定性分析结果,可以推断含三氮唑的聚合物在制作锌离子电池方面具有潜在的应用价值.     

新型固体电解质Li_3PO_4-LiAlO_2的合成及其电化学性能研究

采用固相合成法制备了Li3PO4-LiAlO2固态锂离子电解质材料.研究了摩尔配比、煅烧温度对产物相组成、颗粒形貌、电性能的影响.结果表明:当P/Al化学计量比为1∶1时,煅烧后试样中存在片状的γ-LiAlO2和球状的γ-Li3PO4两相,粒径约为0.5~1μm.当P/Al化学计量比为3∶1时,煅烧后试样主要是Al掺杂的球状γ-Li3PO4固溶体.此样品1 000℃煅烧后,离子电导率为6.4×10-5S/cm,说明Al掺杂能有效提高γ-Li3PO4无机固体电解质离子电导率.1 100℃煅烧后,样品锂离子电导率降低.循环伏安曲线研究表明,Al掺杂γ-Li3PO4无机固体电解质样品在饱和LiNO3水溶液中具有较好的可逆性,其电化学窗口达到1.5V.     

锂离子电池用无纺布支撑聚合物复合膜的制备

采用γ射线辐射接枝的方法在无纺布纤维表面接枝苯乙烯。将接枝改性后的无纺布浸渍于丁酮/PVDF-HFP/丁醇混合液中,真空干燥后制得多孔的无纺布支撑聚合物电解质复合膜。以其为隔膜组装了聚合物锂离子电池(LiMn2O4/无纺布聚合物复合膜/Li),进行充放电测试。研究结果表明,无纺布聚合物复合膜具有合适的厚度,一定的机械强度。辐射接枝提高了无纺布与聚合物混合液的结合力,在电池的充放电循环过程中不易发生短路,电池的容量和循环性能得到显著提高。     

锂离子电池用无纺布支撑聚合物复合膜的制备

采用γ射线辐射接枝的方法在无纺布纤维表面接枝苯乙烯。将接枝改性后的无纺布浸渍于丁酮/PVDF-HFP/丁醇混合液中,真空干燥后制得多孔的无纺布支撑聚合物电解质复合膜。以其为隔膜组装了聚合物锂离子电池（LiMn₂O₄/无纺布聚合物复合膜/Li）,进行充放电测试。研究结果表明,无纺布聚合物复合膜具有合适的厚度,一定的机械强度。辐射接枝提高了无纺布与聚合物混合液的结合力,在电池的充放电循环过程中不易发生短路,电池的容量和循环性能得到显著提高。     

碳酸乙烯酯(EC)增塑的(PEO)16LiClO4聚电解质电导率的研究

采用差示扫描量热法(DSC)和交流阻抗方法对EC增塑的(PEO)₁₆LiClO₄聚电解质进行了研究。结果表明(PEO)₁₆LiClO₄/EC体系的玻璃化转变温度(t_g)及PEO的结晶度(X_c)降低,电导率(б)增加,且б与温度(T)的关系符合Arrhenius行为。提出了离子导电聚电解质/不锈钢(SS)这种结构的界面双层结构和交流阻抗谱图的模拟等效电路。     

Quaternary Ammonium Ionic Liquids as a Less Flammable Electrolyte for Lithium Batteries

1 Results Less-flammability is one of the most valuable properties of ionic liquids (ILs) comprised of perfluoroanions such as BF-4,TFSI-([(CF3SO2)2N]-).Recently,such a unique liquid has been expected to use as an electrolyte in order to improve thermal stability and longevity of a lithium secondary battery,which have been increasingly required for an application especially to an electric vehicle and a hybrid car.We previously reported that PI13[TFSI] (PI13: N-methyl-N-propylpiperidinium) could be used ...     

新型核-多臂聚合物的合成和表征

合成了以超支化聚缩水甘油为核，聚氨酯剂聚物为臂的新型星形聚合物，并利用核磁共振、Raman光谱、差热分析、X射线衍射等手段对其结构和性能进行了表征．结果表明，该聚合物超支化核的支化度为0．54，核臂比为1：4，且无明显结晶，呈无定型态．由自旋晶格驰豫时间Tl的变化可知，星形聚合物局部分子链段更容易运动．这些性质都有利于星形聚合物在固体电解质方面的应用．     

碱性固态高分子电解质薄膜的合成与金属-空气燃料电池的应用

提出了一项经由自由基聚合反应及溶液成膜法制备新型超高离子导电度高分子薄膜的制备方法.利用高亲水性之聚乙烯醇为基材,并利用丙烯酸单体于PVA高分子溶液中行自由基聚合反应,并藉由交联剂的使用以及调整丙烯酸聚合比例,使制备成内穿透网状结构的高分子薄膜,此薄膜在吸附32wt-%碱性氢氧化钾溶液后,室温离子导电度可达0.301S·cm-1,若在吸附2M硫酸溶液后,其室温离子导电度亦可达0.175S·cm-1,并同时拥有良好的机械强度;在锌空气电池以及铝空气电池的应用测试中,结果显示此高分子电解质薄膜可提供电池具有高的电池利用率以及高的使用功率密度,并且同时拥有很好之电化学稳定度,对于未来在燃料电池以及金属-燃料反应系统上具有很高的应用潜力.     

锂离子电池锡氧化物基负极材料的软化学合成

采用新兴的软化学方法合成了锡氧化物基粉末材料.用X-射线衍射、扫描电镜和电化学方法对材料的微观结构、形貌和电化学性能进行了研究.结果表明：锡氧化物基材料的颗粒的平均粒径约为200 nm,颗粒之间形成了类似中孔材料的相互连接的网状结构.这种材料的可逆充电容量超过570 mAh/g,30次循环后平均每次循环的容量衰减只有0.15%.良好的电化学性能表明锡氧化物基材料有望作为新一代锂离子电池的负极材料.     

聚合物锂离子电池凝胶电解质的研究进展

凝胶聚合物电解质(GPE)因具有良好的力学加工性能、安全性能和较高的室温离子电导率而受到广泛关注。针对国内外通过修饰聚合物基体、优化有机增塑剂、改善锂盐、改善复合离子液体、加入无机粒子的方式对GPE的改性研究进行了相关总结与分析。     

聚氨酯/超支化聚醚硫酸盐单离子型固体电解质

将聚氧化乙烯聚氨酯（PEU）和超支化聚醚硫酸盐（SHPG－Na)共混制得了单离子型聚合物固体电解质，运用红外光谱，升温红外，Raman光谱和复阻抗谱等手段对其进行了表征，结果表明，该复合体系中的阳离子与醚氧原子发生络合作用并随盐浓度的增加而增强，温度对高盐浓度体系中的醚键和羰基与阳离子间的络合作用影响较大，而对低盐浓度体系的影响较小；在较低盐浓度时，SO3在体系中主要以自由离子和离子对的形式存在，当盐浓度较高时，除了自由离子和离子对，还出现了盐的集聚体；PEU／SHPG－Na(离子化程度为60％）的最佳配比为30％－40％（质量分数，即[EO]/[Na^ ]＝5－6），室温（25℃）下最高离子电导率σ＝3．1μS/cm，中等温度（60℃）下达到10^-5数量级，且电导率与温度的关系符合Arhenius方程。     

新型核-多臂星形聚合物电解质

采用傅里叶转换红外光谱法(FT-IR)、微分扫描量热分析(DSC)、离子阻抗谱等测试手段对以超支化聚缩水甘油(HPG)为核，线型聚氨酯(PEU)为臂的核-多臂星形聚合物进行了表征，对其分子结构与电导性能之间的关系进行了初步探索．结果表明，星形聚合物比线型聚合物有更强的溶盐能力和离子传输能力．氧锂比(氧化乙烯单元与锂离子的摩尔比)为4，共混比(质量)为30％时，体系的最高电导率可达0．2mS／cm．当星形聚合物的臂数为5时，体系的电导率高于相同条件下的其他臂数的聚合物体系．体系的电导率随温度的升高而升高，其变化规律符合Arrhcnius方程．     

室温高电导率固态聚合物电解质薄膜

在一定条件下,用浇注法成功地制备出室温电导率为5×10~(-3)s/cm的固态聚合物薄膜电解质,并进行X射线粉末衍射谱分析,结果表明薄膜是非晶态结构。     

Novel All Solid-state Polymer Electrolytes for Lithium Battery

All solid-state polymer electrolytes for lithium battery was proved to be an attractive direction. Compared with prevenient polymer electrolytes all solid-state polymer electrolytes were superiority in more broad electrochemical window, more stable/low interracial resistance especially when situ-polymerization utilized, excellent mechanical properties and dissepiment free. A lithium secondary battery using all solid-state polymer electrolyte meet the challenge of energy source for both portable electronic devices and electric vehicles （EV） or engine/battery hybrid vehicles （HEV）. All solid-state comb-like network polymer electrolytes （CNPE） based on polysiloxane with internal plasticizing chain （IPC） has been designed and synthesized. See Fig. 1.