锂金属电池用三维半互穿网络聚合物电解质的制备

锂金属电池作为下一代高比能量电池技术受到人们越来越广泛的关注。然而由锂枝晶生长引发的安全问题是锂金属电池商业化面临的最大挑战之一。具有高锂离子迁移数和离子电导率的聚合物电解质是抑制锂枝晶生长的重要策略之一。本文将季戊四醇四丙烯酸酯和自由基引发剂AIBN添加至商业化电解液中,采用具有单离子传导功能的多孔聚合物电解质为锂金属电池的电解质隔膜,通过在电池内部发生热诱导原位聚合制备三维半互穿网络单离子传导聚合物电解质,达到提高电解质隔膜离子电导率和机械拉伸性能,以及有效抑制锂枝晶生长的目的。通过该策略的实施,成功获得了室温离子电导率0.53 mS·cm^-1和锂离子迁移数0.65的良好结果。应用于锂金属电池,证明该电解质能够有效抑制锂枝晶的生长和倍率性能的提高,为锂金属电池的开发提供了良好的解决路径。     

新型梳状聚甲基丙烯酸酯固态聚合物电解质的制备及导电性能研究

采用溶液聚合方法,以甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯为共聚单体,制备一种新型无规梳状聚合物,并研究了一系列掺杂不同含量高氯酸锂全固态聚合物电解质的导电性能.FTIR、1H-NMR结果证实了新型梳状聚合物具有无规梳状结构特征.DSC和XRD结果表明了聚合物电解质主要是以无定型状态存在.SEM和FTIR结果证实了当锂盐含量低于16 wt%时,锂盐在聚合物中具有良好的溶解性,ClO4-主要以单离子状态存在,此时聚合物电解质30℃离子电导率达到最大值,为4.81×10-5S/cm.当锂盐含量超过16wt%时,Li+ClO4-离子对含量明显增多,表明了锂盐溶解性能下降,同时聚合物电解质离子电导率显著下降,这主要是锂盐增加导致离子的缔合增强,不利于离子的传导所致.     

离子液体基聚合物的结构对染料敏化太阳能电池性能的影响研究

设计合成了分别悬挂磺酸官能团、磺酸锂官能团和烷基链官能团的三种结构的离子液体基聚合物,用于聚合物凝胶电解质的制备,并应用于染料敏化太阳能电池中.结果发现这三种聚合物含量的变化对电池性能的影响有较大差别.悬挂普通烷基链官能团的离子液体基聚合物(P-CH₃I)的加入,由于增加了电解质的粘度,使得电池的性能随着P-CH₃I含量的增加而变差;悬挂磺酸锂官能团的离子液体基聚合物P-LiI加入使电池的性能略微下降,而悬挂磺酸官能团的离子液体基聚合物P-HI加入到离子液体电解质后,在一定浓度范围内能改善离子的扩散等性能,从而使基于这种离子液体基聚合物的电池的光电性能相对较好.并通过电解质AFM微观形貌的研究解释了这三类电解质中离子扩散的差异以及光电性能的差别.     

高陶瓷含量复合固态电解质

全固态锂二次电池兼具高能量密度和高安全性特点。高陶瓷含量的陶瓷-聚合物复合固态电解质综合了聚合物电解质的柔韧性和陶瓷电解质的高机械强度与高锂离子迁移数等优点,有望优先其他形式固态电解质应用于全固态锂二次电池。本文在简要介绍固态复合电解质后,重点从复合电解质膜的性能特点与制备方法、陶瓷-聚合物界面相互作用以及由此导致的新的离子传导机制等方面介绍高陶瓷含量陶瓷-聚合物复合固态电解质的研究进展。最后,展望了复合固态电解质所面临的一些基础科学与应用问题,并从陶瓷-聚合物界面相互作用角度提出未来复合固态电解质的研究方向和可能的解决方案。我们希望本文对于其他传导离子的复合电解质也有借鉴和启发意义。     

低聚醚磺酸锂／梳形聚醚复合物的单离子导电性

低聚醚磺酸锂／梳形聚醚复合物的单离子导电性郑云贵，万国祥（中国科学院成都有机化学研究所成都６１００４１）关键词低聚醚磺酸锂，单离子导体，阳离子迁移数聚合物阳离子导体一般采用单体盐与能促进离子迁移的单体通过共聚或将其均聚物共混的方式制备’‘－‘’．由于...     

锂单离子导电固态聚合物电解质

锂单离子导电固态聚合物电解质是一类锂离子迁移数接近1的锂离子导体,可以有效避免阴离子移动产生浓差极化,从而提高锂电池的容量以及循环性能,成为近年来固态聚合物电解质的研究热点。本文综述了锂单离子导电固态聚合物电解质的研究进展,重点关注了电导率和锂离子迁移数较高的体系,并简要评述了锂单离子导电固态聚合物电解质所面临的挑战以及发展前景。     

红外光谱研究PEO基离子液体聚合物电解质

以聚氧化乙烯(PEO)为聚合物基体, 双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)为锂盐, 加入不同量的离子液体(BMIMPF₆)为增塑剂, 制备离子液体聚合物电解质. 运用发射FTIR光谱技术实时监测所制备聚合物电解质的结构随温度的变化. 结合FTIR透射光谱\, SEM和XRD的研究结果分析了离子液体对离子电导率的影响, 并初步提出离子导电增强机制.     

聚合物固体电解质中的离子状态与导电机理的研究

制备得到了一种新颖的聚氨酯和丙烯酸酯复合梳形交联聚合物 (Combcross linkedpolymer) ,并以此聚合物为基体加入不同含量的高氯酸锂盐制得一系列聚合物固体电解质 ,其室温电导率可以达到 3 4× 10 - 5S·cm- 1 .通过Raman、DSC、SEM及电性能等研究了电解质中的盐浓度与离子存在状态及离子电导率之间的关系 .结果显示随着盐浓度的增加 ,聚合物固体电解质中离子对的比例和电导率都迅速增加 ,说明离子对 (由多个醚氧原子、阴离子和阳离子组成 )对体系导电起着积极的作用 .     

新型单离子聚醚/聚氨酯固体电解质制备及其离子导电性

磺化聚醚;离子电导率;聚合物;新型单离子聚醚/聚氨酯固体电解质制备及其离子导电性     

固态单离子聚合物电解质的研究进展

综述了用于锂金属聚合物电池中固态单离子聚合物电解质的研究进展，从均聚、共聚、共混、杂原子链及单阴离子型聚合物电解质等方面对不同体系的组成与性质进行了概述，并对该类电解质的发展趋势进行了分析。     

PEO基聚合物电解质及其锂硫电池性能研究

锂硫电池由于具有高的理论比能量引起了广泛关注,然而传统液态锂硫电池由于多硫化物的“穿梭效应”以及安全问题而限制了其应用,全固态锂硫电池可显著提高电池安全性能并有望解决多硫化物的穿梭问题. 本文采用传统的溶液浇铸法制备了具有不同的[EO]/[Li⁺]的PEO-LiTFSI聚合物电解质,并将其应用于锂硫电池. 研究发现,虽然[EO]/[Li⁺] = 8的聚合物电解质具有更高的离子电导率,但是[EO]/[Li⁺] = 20的电解质与金属锂负极间的界面阻抗更低,界面稳定性更好. Li|PEO-LiTFSI([EO]/[Li⁺]=20)|Li对称电池在60 °C,电流密度为0.1 mA·cm^-2时可稳定循环超过300 h,而Li|PEO-LiTFSI ([EO]/[Li⁺]=8)|Li对称电池循环75 h就出现了短路现象. 基于PEO-LiTFSI([EO]/[Li⁺]=20)电解质的锂硫电池首圈放电比容量为934 mAh·g^-1,循环16圈后放电比容量为917 mAh·g^-1以上. 而基于PEO-LiTFSI ([EO]/[Li⁺]=8)电解质的锂硫电池,由于与锂负极较低的界面稳定性不能够正常循环,首圈就出现了严重过充现象.     

一种新型凝胶态聚合物电解质的制备和性能

采用一种新型胶联剂新戊二醇二丙烯酸酯(noepentyl glycol diacrylate, NPGDA)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), PVDF-HFP), 液态电解液组成电解质混合溶液, 然后加入引发剂并加热引发聚合反应制备了一种具有互穿聚合物网络结构的凝胶态聚合物电解质, 可以用于制备聚合物锂离子二次电池. 考察了不同PVDF-HFP/NPGDA质量比对凝胶态聚合物电解质性能的影响. 结果表明, PVDF-HFP/NPGDA质量比可以影响凝胶态聚合物电解质的结构形貌、电化学特性以及聚合物锂离子二次电池的性能. 研究发现, 当m(PVDF-HFP)/m(NPGDA)＝1:1时制备的凝胶态聚合物电解质具有较高的离子电导率和电化学稳定窗口, 室温下分别为6.99×10^-3 S•cm^-1和4.8 V(vs Li⁺/Li), 以其为电解质制备的聚合物锂离子二次电池具有较好的电化学性能.     

聚合物电解质界面性质交流阻抗研究

合成了一种新型聚合物基质材料聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-甲基丙烯酸锂)(简记为PMAML),并以PMAML/PVDF-HFP(偏氟乙烯-六氟丙烯共聚合物)复合物为基质制备了聚合物电解质.利用FTIR对合成的PMAML进行结构表征,并用扫描电镜观察聚合物基质膜的表面形貌.聚合物电解质由聚合物基质膜浸渍电解质溶液得到,其室温电导率可达到2.6×10－3 S• cm－1.利用交流阻抗技术研究了聚合物电解质与锂电极间的界面性质,并考察了开路放置时间、循环伏安及恒流充电对界面阻抗的影响.结果表明,聚合物电解质与锂电极界面阻抗随放置时间的延长而增加,更新锂电极表面可降低界面阻抗,PMAML能提高界面稳定性.     

新型锂离子电池聚合物电解质的制备

应用倒相法,以PVDF-HFP(偏氟乙烯-六氟丙烯)的混合物为基体制备锂离子电池电解质基质,制得的多孔PVDF基质薄膜具有优良的化学性能及机械性能,其拉伸强度为10²kg/cm²,吸附锂离子电池电解液(1mol/LLiPF₆的EC/DEC溶液)的能力达到自身重量的350%以上,吸液后其室温电导率在10-3S/cm以上,用它组装成原理电池以后呈现了良好的电化学性能.     

“Water-in-salt”聚合物电解质制备及其电化学性能研究

为提高柔性锂离子电池安全性和循环稳定性能,本实验以自由基聚合结合冷冻干燥得到的聚丙烯酰胺膜为电解质载体,引入21 mol·kg^-1 LiTFSI 高浓度电解液,得到“water-in-salt”聚合物电解质。通过聚合物膜的形貌和孔道结构表征,红外光谱分析,离子电导率及电化学稳定窗口测试等对其基本物化特性进行了研究。冷冻干燥得到的聚丙烯酰胺膜内部具有大量微孔结构,有利于电解液的载入。将该吸附了电解液的聚合物电解质膜与锰酸锂(LiMn₂O₄)正极和磷酸钛锂(LiTi₂(PO₄)₃)负极组装全电池进行充放电性能测试。结果表明,制得的柔性聚合物电解质具有良好的拉伸性能,高离子电导率(20°C,4.34 mS·cm^-1)和宽电化学稳定窗口(3.12 V)。以“water-in-salt”聚合物电解质为隔膜组装的LiMn₂O₄||LiTi₂(PO₄)₃ 全电池表现出优异的倍率性能和长循环稳定性。     

热塑性聚氨酯基聚合物电解质的制备与表征

采用非溶剂诱导相转化法（NIPS）制备了热塑性聚氨酯/醋酸纤维素（TPU/CA）新型聚合物隔膜。然后,将隔膜浸入液体电解质中得到TPU/CA凝胶聚合物电解质（GPEs）。研究TPU与CA的质量比对GPEs性能的影响。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、热重（TG）、差示扫描量热（DSC）、线性扫描伏安（LSV）、电化学阻抗（EIS）等对TPU/CA膜进行表征。结果表明,在共混隔膜中引入CA可以降低TPU的结晶度,增加隔膜的吸液率。其中,室温下TPU/CA = 7/3基电解质的离子电导率为1.04 mS·cm^-1,电化学窗口为5.1 V(vs. Li/Li⁺)。组装的电池LiFePO₄/TPU/CA/Li在0.5 C循环100次后,仍具有较高的放电比容量和较好的容量保持率,具有良好的循环稳定性。这些结果表明,这种新型的TPU/CA共混GPEs是锂离子电池的理想选择。     

全钒液流电池用磺化聚醚醚酮/锂皂石质子膜的结构及性能

通过溶液流延法制备了磺化聚醚醚酮/锂皂石(SPEEK/Lap)复合膜, 对其物理化学性质、 机械性能、 化学稳定性及单电池性能进行了测试. 在SPEEK基质中引入的Lap有效改善了复合膜的质子传导率、 溶胀率和机械性能. 当Lap添加量(质量分数)从0.2%增到1.5%时, 复合膜的质子传导率随之增加(19.9~23.6 mS/cm). SPEEK/Lap-0.2复合膜的自放电时间为57.2 h, 是Nafion 117膜的2.4倍和纯SPEEK膜的1.5倍. 在80 mA/cm ²电流密度下, SPEEK/Lap-0.2复合膜的电压效率(VE, 86.5%)和能量效率(EE, 84.0%)明显高于Nafion 117膜(VE: 83.8%, EE: 80.7%)和纯SPEEK膜(VE: 81.4%, EE: 78.9%). 同时, SPEEK/Lap-0.2复合膜经100次充放电循环测试后具有良好的循环稳定性和结构稳定性.     

Polymer/colloid dual-phase electrolyte membrane for rechargeable lithium batteries

In this work, a polymer/ceramic phase-separation porous membrane is first prepared from polyvinyl alcohol–polyacrylonitrile water emulsion mixed with fumed nano-SiO₂ particles by the phase inversion method. This porous membrane is then wetted by a non-aqueous Li–salt liquid electrolyte to form the polymer/colloid dual-phase electrolyte membrane. Compared to the liquid electrolyte in conventional polyolefin separator, the obtained electrolyte membrane has superior properties in high ionic conductivity (1.9 mS?cm^?1 at 30 °C), high Li⁺ transference number (0.41), high electrochemical stability (extended up to 5.0 V versus Li⁺/Li on stainless steel electrode), and good interfacial stability with lithium metal. The test cell of Li/LiCoO₂ with the electrolyte membrane as separator also shows high-rate capability and excellent cycle performance. The polymer/colloid dual-phase electrolyte membrane shows promise for application in rechargeable lithium batteries.     

离子液体凝胶聚合物电解质的三元组分相互作用研究

采用Raman光谱、傅里叶转换红外光谱和X-射线衍射光谱研究N-甲基-N-丙基哌啶双三氟甲磺酸亚胺离子液体（PP13TFSI）和双三氟甲磺酸亚胺锂盐（LiTFSI）对PVDF-HFP聚合物聚合方式的影响,结果表明,PP13TFSI、LiTFSI和PVDF-HFP是共混存在的,同时加入PP13TFSI和LiTFSI会使聚合物的聚合方式由晶体结构转变为无定形结构. 通过对电解质及其各组分的线性扫描伏安曲线和热重曲线分析可知,溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）容易残留在凝胶聚合物电解质（ILGPE）中,这会降低ILGPE的电化学稳定性和热稳定性. 作者对固态LiFePO₄|ILGPE|Li电池的倍率性能进行了研究,实验结果表明其具有较好的倍率性能,当电池倍率由C/10增大至2C,然后再回到C/10时,其容量可以恢复到原来的90.9%左右. 该研究结果对理解PP13TFSI和LiTFSI在ILGPE中的作用机理具有重要的意义.