环氧乙烷-烯丙基缩水甘油醚共聚物LiClO_4聚合物电解质的制备及性能

自Wright和Armand报道了有关聚醚-碱金属盐络合物的电导及其应用以来,高分子固体电解质已成为近几年来迅速发展起来的一种新型功能材料。由于它具有较高的离子电导率、可塑性强、电化学稳定性等优点,使它在全固态高能密锂电池及电化学元件的应用上显示出了很大的优越性,但线型PEO的高结晶度(>75％)导致PEO-碱金属盐络合物的室温电导率很低(～10~(-8)S·cm~(-1)),限制了它的使用范围。因此,对PEO进行各种改性,以提高电     

聚合物基固体电解质研究进展

聚合物基固体电解质在高能量密度和高安全性固态电池领域具有良好的应用前景.然而,现有的聚合物基固体电解质在应用时仍然面临室温离子电导率低、电解质/电极界面接触差、电化学窗口窄等严峻挑战.本文从聚合物基固体电解质离子电导率的提升和界面性能的改善出发,重点阐述聚合物基固体电解质的发展现状及优化策略.首先,从两个方面总结了聚合物基固体电解质离子电导率的定向优化策略:构建连续、定向取向的离子传输路径和缩短离子传输距离;其次,总结了聚合物基固体电解质/电极之间的界面优化策略:构建润湿界面和制作非对称电解质,以降低电解质/电极的界面电阻,提升电解质/电极的界面相容性;最后,对聚合物基固体电解质和固态电池的发展前景进行了展望,并提出了该领域的重点发展方向以及先进的分析测试方法,为聚合物基固体电解质的研究和发展提供全面的了解和深入的指导.     

甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物/聚氧化乙烯氢键复合物-LiClO_4体系离子电导的研究

固体电解质,或称快离子导体,是指在固态时具有熔盐或液体电解质的离子电导性的一类材料。高分子固体电解质,由于其成膜性好,易于加工,粘弹性好,能适应电池充放电过程中电极体积的变化,同时有较好的化学稳定性,因而被认为是发展全固态高能锂电池的理想电解质材料。在高分子快离子导体的母体材料中,研究最多的是聚氧化乙烯(PEO)。因为离子电导     

硝酸钾-氧化铝复合固体电解质在中温区的离子和质子导电性

自 1973年 Liang发现固体电解质的“复合效应”以来,人们相继对许多复合体系进行了研究.复合固体电解质可看成是一个两相混合体,即电导率不太高的离子导体相和高度弥散的绝缘体(如Al_2O_3).复合体的离子电导率常常因复合效应而大大增强.业已提出一些唯象模型来解释这种复合效应,比较典型的是所谓空间电荷层模型,认为离子导体相与绝缘体相之间存在着原子或离子相互作用,从而在两相界面处产生附加缺陷浓度,形成一高电导的空间电荷层.然而有关复合效应的机理目前仍处于定性认识阶段.尽管如此,现已发现某些复合固体电解质可用做中温固体燃料电池、传感器等器件的新型固体电解质材料.例如,已发现Li_2SO_4-Al_2O_3,RbNO_3-Al_2O_3,CsNO_3-Al_2O_3等复合材料在中温区具有相当高的离子电导率;在含氢的环境(如氢浓差电池或氢-氧燃料电池)中质子电导率可达10~(-2)Ω~(-1)·cm~(-1)量级.在原理性燃料电池的实验研究中,用这些材料做固体电解质时,已显示出相当好的放电性能.本文报道关于硝酸钾-氧化铝复合固体电解质材料的结构以及在中温区的离子和质子导电性的研究.1 实验     

无纺布支撑聚合物凝胶电解质锂离子电池

PVDF-HFP是制备聚合物电解质膜最常用的聚合物之一, 它具有成膜性好, 电化学性能优良等特点. 纳米SiO₂粒子均匀地分散在聚合物电解质膜中可以提高膜的孔隙率, 有利于提高聚合物电解质膜的离子电导率和电化学性能. 本文将无纺布在PVDF-HFP/SiO₂/丁酮/丁醇/增塑剂混合液中浸渍后, 真空干燥除去增塑剂制得多孔的无纺布支撑聚合物电解质复合膜, 并以其为隔膜组装聚合物锂离子电池(LiCoO₂/无纺布聚合物复合膜/MCMB), 对其电化学性能进行了表征. 研究结果表明, 无纺布聚合物复合膜具有一定的机械强度和良好的电化学性能. 室温下无纺布聚合物复合膜的离子电导率为3.35×10^-4 S/cm, 约相当于同样条件下普通隔膜的60%; 其电化学稳定窗口为4.8 V vs. Li⁺/Li. 使用无纺布聚合物复合膜组装的聚合物锂离子电池具有良好的倍率放电特性及充放电循环性能.     

传感器电解质CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-a)的导电性能

采用固相反应法在1673 K合成了CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-α)(x=0,0.005,0.01,0.02)陶瓷粉体,在空气中1873K下对材料进行二次烧结10 h.X射线衍射物相分析结果确定合成后的样品中有CaZrO_3基固溶体和微量的MgO存在.为了明确CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-α)的电化学性能,采用交流阻抗法在1073~1473 K,富氧气氛(Ar/O_2/D_2O)/(Ar/O_2/H_2O)和富氢气氛(Ar/H_2/H_2O)/(Ar/D_2/D_2O)下测量了固体电解质的电导率及其同位素效应与气氛依赖性.通过检测电导率的H/D同位素效应,确定了固体电解质的质子导电优势区域.结果显示在富氢气氛下,测定的1073~1473 K温度范围内有明显的H/D同位素效应,表明质子是主要的载流子.在富氧气氛下,1073~1273 K温度范围内,质子也是主要的载流子.该材料有可能作为氢传感器的固体电解质.     

PEO-LiClO4-ZSM5复合聚合物电解质的电化学研究

以催化领域广泛使用的微孔“择形”分子筛ZSM5为填料, 通过溶液浇铸法制得PEO-LiClO4-LiZSM5全固态复合聚合物电解质膜. 实验表明LiZSM5的引入可以显著地提高体系的离子电导率, 25℃时PEO₁₀-LiClO₄-10%LiZSM5的离子电导率达到1.4×10^-5 S·cm^-1. 利用交流阻抗-稳态电流相结合的方法对体系的锂离子迁移数进行了测定, 表明掺入LiZSM5后锂离子迁移数明显升高. 电化学稳定窗口实验表明PEO-LiClO₄-LiZSM5复合聚合物电解质在全固态锂离子二次电池领域具有良好的应用前景.     

有机-无机杂化P123-em-SBA15对复合聚合物电解质中锂离子迁移性能的影响

以含有模板剂(EO₂₀PO₇₀EO₂₀, P123)的介孔SBA-15(P123-em-SBA15)为填料, 通过溶液浇铸法制得PEO-LiClO₄-P123-em-SBA15全固态复合聚合物电解质. 实验表明, P123-em-SBA15可能通过其特有的拓扑结构而大幅度提高复合聚合物电解质的锂离子迁移数. 另外P123-em-SBA15还可以使体系的室温离子电导率提高两个数量级以上. 优良的锂迁移性能表明PEO-LiClO₄-P123-em-SBA15复合聚合物电解质在全固态锂离子二次电池领域具有良好的应用前景.     

CeO2-ZrO2系统的高压固态反应和性质

以化学共沉淀法制备的CeO2和ZrO2纳米微粒为前驱体, 在高压高温(3.1 GPa, 1073 K)下合成了单相Ce0.5Zr0.5O2面心立方固溶体, 固溶温度明显低于常压下的固态反应温度. 结构分析表明, 立方Ce0.5Zr0.5O2固溶体在773 K以下是热稳定的. EPR结果显示Ce0.5Zr0.5O2固溶体中Ce离子完全以Ce4+形式存在, 773 K退火也不引起Ce4+向Ce3+的还原. 阻抗谱测量表明固溶体是离子导体, 823 K时, 电导率 ? = 1.2×10?5 S/cm, 与纯CeO2在同温度下的电导率同数量级; 1123 K时, ? = 2.1×10?3 S/cm, 小于掺杂的氧化锆和氧化铈基电解质的电导率. 在高温区和低温区ln(σT )与1/T的关系满足斜率不同的两条直线, 但低温活化能小于高温活化能. 对实验结果进行了讨论.     

全固态镁电池

全固态电池是快离子导体应用的一个重要领域。近年来,全固态电池的研究主要集中在以Li~+快离子导体为固体电解质的全固态锂电池上。然而,镁及其化合物价格低廉,具有相当负的电极电位和较高的电价,并且在一些化     

PVDF-PEO微孔聚合物电解质的研究

自Wright等[1]在1973年发现聚氧化乙烯(PEO)/碱金属盐的络合物具有离子导电能力以来, 人们对不同类型的聚合物电解质进行了深入的研究, 并致力于用其代替锂离子电池中的液体电解质[2,3]. 目前聚合物电解质的种类主要包括干态聚合物电解质、凝胶聚合物电解质和微孔型聚合物电解质三类, 但从产业化的角度来看, 微孔型聚合物电解质具有很大的研究价值和应用前景. 美国Bellcore公司于1994年开发出聚偏氟乙烯-六氟丙烯P(VDF-HFP)共聚物多孔薄膜, 吸附电解液后具有较高的电导率和良好的机械性能, 遗憾的是制备过程中须要用丙酮等溶剂萃取抽提制孔剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP), 给规模化生产带来不利. 目前对微孔型聚合物电解质研究较多的主要为含氟聚合物体系, 如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(P(VDF-HFP))共聚物等[3~11]. 本文以相转变的方法(将聚合物溶解在挥发性溶剂和高沸点非溶剂中, 然后置于一定温度和气氛环境下, 挥发性溶剂先挥发, 高沸点非溶剂和高聚合物体系发生相分离而得到微孔结构)制备了PVDF与PEO共混体系(PVDF-PEO)微孔型聚合物电解质膜, 研究表明PEO的引入能够非常显著地改善体系的微孔结构(如孔径、孔隙率、孔的连通性等), 从而大幅度提高PVDF-PEO微孔型聚合物电解质的室温离子电导率, 而且实验方法简单, 无需抽提制孔剂.     

一种新型微孔聚合物电解质的制备与表征

以介孔分子筛SBA-15为填料, 探索出一种无需使用增塑剂制备微孔型聚合物电解质的新方法. 当SBA-15︰PVdF-HFP(偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物)=3︰8时, 所制备的复合固体聚合物电解质(CSPE)室温电导率达0.30 mS·cm^-1. 红外透射光谱显示, 成膜液中溶剂分子和SBA-15分子筛之间的相互作用所引发的相分离导致微孔的形成. X射线衍射(XRD)结果表明, SBA-15分子筛的加入, 降低了聚合物电解质的结晶度, 而SBA-15分子筛仍保持原有的骨架结构. 所组装的Li/CSPE/MCF电池具有较为平稳的充放电平台, 首次循环的库仑效率约为85.0%, 经过20次循环后, 容量保持率为94.0%.     

α,α′-联吡啶过渡金属络合物TCNQ盐的电导

近几年,在探索具有高电导或金属性电导的固体材料时,已对过渡金属的有机金属络合物发生了兴趣。例如Pt(bipy)_2·TCNQ复合物,以及最近报道的具有压片室温电导率在0.04～1.9(Ω,cm)~(-1)的CuL_2·TCNQ_2(L=bipy,phen)。我们在合成了一系列具有不同化学比的过     

基于螺环季铵盐的阴离子交换膜的制备与性能

合成了N,N-二烯丙基吡咯烷溴盐([DAPy][Br]),采用光引发聚合的方式制备了基于[DAPy][Br]的聚合物膜,经过离子交换后得到OH~-型阴离子交换膜.改变原料配比调控膜的离子交换容量,发现膜的溶胀度、吸水率、离子交换容量与电导率都随着[DAPy][Br]含量的增加而增大.该阴离子交换膜具有良好的机械性能和热稳定性,拉伸强度在室温下为10.6～19.8 MPa. 80℃下最高离子电导率可达7.29×10~(-2) S/cm.在成膜过程中[DAPy][Br]发生交联,形成拥有两个五元环的N-螺环结构阳离子,有效提高了膜的耐碱性能,[PSAN]_(70~-)[DAPy][OH]_(30)膜浸泡于80℃下1mol/LKOH溶液中240h,电导率仅下降了11%.上述结果表明,拥有N-螺环季铵盐的脂肪主链的阴离子交换膜有望应用于燃料电池.     

固态电解质Li3PS4晶相结构转变

硫化物Li₃PS₄是重要的含硫快离子导体,锂离子电导率高,机械性能优异,化学兼容性好,属于全固态电池中一类重要的固态电解质.Li₃PS₄具有多种晶体结构（玻璃态、α相、β相、γ相）,而晶体结构对于材料离子电导率有决定性的影响,因此探究不同Li₃PS₄晶体结构的合成条件及其转变过程对固态电解质的应用有重要意义.本文通过原位变温Raman和室温X射线衍射（XRD）分析发现,通过球磨法所得glass-Li₃PS₄在首次升温过程中（240℃）优先转变为亚稳态的β-Li₃PS₄,此时冷却到室温能保持β相结构,并具有较高的离子电导率(0.65 mS cm^–1).当烧结温度继续升高（>480℃）,β相会转变为离子电导率更高但热力学不稳定的α-Li₃PS₄,在后续的降温过程中,α相会直接转变为热力学更稳定但离子电导...     

快离子导体Rb_4Cu_(16)I_7Cl_(13)的~(63)Cu核磁共振研究

Rb_4Cu_(16)I_7Cl_(13)是目前已知的室温离子电导率最高的快离子导体。继日本高桥武彦(1979)和美国S.Geller(1979)(他们的组分相当接近,但分子式略有不同,分别为Rb_4Cu_(16)I_7Cl_(13)和RbCu_4I_2Cl_3)之后,陈立泉等同志已用纯度较低的国产原料成功地合成了Rb_4Cu_(16)I_7Cl_(13),其室温离子电导率为0.29Ω~(-1)·cm~(-1)。从实际应用和基础研究的角度来考虑,对这种材料进行深入的研究都有重要的意义。     

R■c结构的锂离子导体

锂的重量轻、电负性低,以此作为电化学器件的负极材料可大大提高其池电压和能量密度。尤其是近来人们对全固态锂电池的响往,促使对新锂离子导体的研究兴趣倍增。已知Lisicon是一种电导率较高的、三维传导的锂离子导体,但它的化学稳定性差、室温电导率也较低。Nasicon是一种Rc结构、高电导,且对H_2O稳定的钠离子导体,但用Li置换其中的Na以后得到的Li_3Zr_2SiPO_(12)电导率剧降。说明Nasicon中的离子迁移通道适合Na~+,     

PEO基聚合物电解质在锂离子电池中的研究进展

聚合物固态电解质是解决目前商用锂离子电池安全问题的一个有效途径,其中,聚环氧乙烷(PEO)最早被提出用作聚合物电解质.因其具有良好的机械性能、电化学稳定性与热稳定性,在几十年的聚合物固态电解质的研究过程中一直是被关注的热点,但常温下低的离子电导率限制了其实际应用.本文从PEO基聚合物电解质所存在的问题出发,分别介绍了几种提高离子电导率的方法,对其研究进展进行了综述,最后总结了PEO基聚合物电解质在锂离子电池中的应用,并对未来的发展方向进行了展望.     

高电压正极材料在全固态锂离子电池中的应用展望

全固态锂离子电池是以固态电解质取代液体电解质的锂离子电池、它有望从根本上解决电池的安全性问题,如能实现其大容量化和长寿命,将在电动汽车和规模化储能领域具有非常广阔的应用前景.由于固态电解质比液态电解质有更宽的工作电位窗口,因此可以在全固态电池中使用具有较高电压平台的正极材料,通过提升电池的工作电压以获得高能量密度,从而实现大容量化.锂离子电池正极材料尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4,三元层状材料和富锂锰基正极材料都具有较高的电压平台,是全固态锂离子电池可选用的理想正极材料.本文介绍了尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4,三元层状材料和富锂锰基正极材料的结构和性能特点,重点阐述了与改善材料的电导率和界面性质相关的的研究,改善其作为全固态锂离子电池正极材料与固态电解质的匹配性能,从而全面提升全固态电池的性能.总结了3种材料在全固态锂离子电池中应用存在的问题,提出未来的技术攻关方向,并对其在全固态电池中的应用前景进行了展望.     

模拟掺杂聚乙炔的量子化学研究

掺杂聚乙炔是一种很有前途的新型一维高分子导电材料,纯聚乙炔膜的电导率为～10~(-9)Ω~(-1)cm~(-1),当掺杂电子给予体(如Li)或电子接受体(如I_2)而成为掺杂聚乙炔时,电导率可增加到～10~3Ω~(-1)cm~(-1[1])。