不同热引发剂对凝胶态聚合物电解质性能的影响

采用热重/差热分析方法研究了两种热聚合引发剂: AIBN和BPO. 它们通常用于制备锂离子二次电池凝胶态聚合物电解质. 采用不同引发剂制备的凝胶态聚合物电解质具有不同的特性并影响聚合物锂离子二次电池的性能, 例如倍率性能, 高低温性能和循环性能. 为凝胶态聚合物电解质体系选择了一种合适的热引发剂.     

辐照交联法制备锂离子电池用凝胶聚合物电解质及其性能

采用γ-射线辐照交联法制备了具有网络结构的聚偏氟乙烯-六氟丙烯/新戊二醇二丙烯酸酯(PVDF-HFP/NPGDA)基凝胶聚合物电解质(GPE). 考察了不同辐照剂量对凝胶电解质形貌结构、热稳定性和电化学性能的影响以及不同辐照剂量和不同温度下电导率的变化. 结果表明, 随辐照剂量的增加, 凝胶电解质的固化程度提高, 电导率下降. 电导率随温度的变化符合VTF方程. 当辐照剂量为5 kGy 时, 制备的凝胶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7.8×10-3 S·cm-1和4.7 V(vs Li/Li+). 以其为电解质制备的LiMn2O4∣GPE∣Li聚合物锂离子电池具有较好的循环性能.     

尿素作为造孔剂对聚乙烯支撑的PAMS聚合物电解质性能的改进

采用乳液聚合法合成聚(丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯) (P(AN-MMA-ST)或者共聚物PAMS), 并利用尿素作为造孔剂制备了聚乙烯(PE)支撑的PAMS聚合物膜(PE-PAMS-U)及凝胶聚合物电解质(GPE). 利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重(TG)分析、线性电位扫描(LSV)、电化学阻抗谱(EIS)以及充放电等方法对PAMS聚合物以及PE支撑的聚(丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯) (PE-PAMS)聚合物隔膜及凝胶聚合物电解质的性能进行了研究. 结果表明, 利用尿素作为造孔剂可以提高PE-PAMS凝胶聚合物的性能. 由于尿素的加入, 聚合物膜呈现均匀的微孔结构, 室温下的电导率从1.1×10^-3 S·cm^-1提高到2.15×10^-3 S·cm^-1. 同时, 锂电极/聚合物电解质界面上的电荷传递电阻也从480 Ω·cm²降低到 250 Ω·cm². 电化学稳定窗口为5.0 V. 电池(Li/PE支撑的GPE/LiCoO₂)的测试证明, 用尿素作为造孔剂的凝胶聚合物锂离子电池表现出优良的倍率性能和循环性能.     

一种新型锂离子电池用聚合物电解质复合膜的制备和性能表征

阐述了一种新型锂离子电池用PVDF-HFP(聚偏氟乙烯-六氟丙烯聚合物树脂)基聚合物电解质复合膜的制备过程. 对复合膜中使用的无机TiO2纳米颗粒进行固体超强酸化处理, 并进行颗粒表面酸强度H0测试、XRD晶体结构分析以及复合膜的电解液吸附率测试和电化学阻抗谱测试. 采用PE无纺布支撑体作为增强材料, 以浸涂方法制备复合膜,并进一步组装为锂离子电池, 性能测试表明该电池具有良好的电化学性能.     

一种新型物理交联型凝胶聚合物电解质的制备与表征

以甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(MPEGM)和十六烷基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(HPEGM)为单体, 三乙二醇二甲醚(TEGDME)为增塑剂, 与锂盐(高氯酸锂, LiClO₄)和光引发剂(安息香二甲醚, DMPA)复合制成光敏体系, 经紫外(UV)固化得到物理交联型凝胶聚合物电解质(GPE)薄膜. 用红外(IR)光谱、差热分析(DSC)、拉伸测试和交流阻抗(AC) 等方法对聚合物基体和电解质的性能进行了研究.结果表明: 当共聚物P(MPEGM-co-HPEGM)中HPEGM含量为50%(w)时, 十六烷基链段(C₁₆)在聚氧化乙烯(PEO)链段静电斥力的作用下发生聚集, 自组装形成了物理交联, 提高了共聚物的空间稳定性; 温度和电解质中各组分的含量对电导率均有较大的影响, 综合性能较好的电解质在30℃时电导率可达0.87×10^-3 S·cm^-1; 采用循环伏安法测得该电解质的电化学窗口为0~4.5 V (vs. Li/Li⁺), 可以满足锂离子电池的应用要求; 组装成的LiFePO₄/GPE/Li电池, 在30℃下以0.1 C和0.2 C倍率进行充放电测试, 首次放电容量分别为154.7和148.0 mAh·g^-1.     

TiO2/P(VdF-HFP)杂化纤维微孔膜的制备及其电化学性能

用电纺法制备了TiO₂/P(VdF-HFP)(聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物)杂化纤维微孔膜, 用SEM观察了杂化纤维微孔膜的形貌, 并测算了这类由超细纤维相互搭接而形成的微孔膜的孔隙率. 这种微孔膜吸附LiPF₆/EC-DMC-EMC(碳酸乙烯酯-二甲基碳酸酯-碳酸甲乙酯)电解质溶液后得到凝胶聚合物电解质膜. 用电化学方法测试了聚合物电解质膜的离子电导率、锂离子迁移数等参数, 并研究了TiO₂纳米晶的掺入对聚合物电解质电化学性能的影响. 结果表明, TiO₂的掺入降低了P(VdF-HFP)聚合物基体的结晶度, 改善了凝胶聚合物电解质的低温电化学性能.     

偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物基微孔-凝胶聚合物电解质的研究进展

综述了近年来偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物[poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene),P(VDF-HFP)]基微孔-凝胶聚合物作为锂离子电池聚合物电解质的研究进展,内容包括该类聚合物电解质的制备方法及其改性,并展望了其发展趋势.随着技术的进一步发展,完全可以制备出性能优良的聚合物锂离子电池.     

添加剂对离子液体凝胶聚合物电解质电化学性能的影响

本文采用1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(EMIPF₆)、六氟磷酸锂(LiPF₆)和偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VdF-HFP))为原料制得P(VdF-HFP)-EMIPF₆-LiPF₆体系离子液体凝胶聚合物电解质,选取碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)以及碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)混合物(EC-PC)作为离子液体凝胶聚合物电解质的添加剂,分别研究了它们对聚合物电解质膜电化学性能的影响。结果表明：加入EC-PC的P(VdF-HFP)-EMIPF₆-LiPF₆电解质膜的电化学窗口达到4.6 V,锂离子迁移数为0.44,30 ℃时离子电导率为1.65 mS·cm^-1;而DEC、DMC、EMC对电解质膜的电化学稳定性、锂离子迁移数存在不良的影响,对离子电导率的提高不明显。研究了正极材料LiCoO₂在P(VdF-HFP)-EMIPF₆-LiPF₆+EC-PC电解质中的充放电循环性能,其首次放电比容量达到116.5 mAh·g^-1,充放电20次后,电池容量没有明显衰减。     

锂离子电池用化学交联型凝胶聚合物电解质的研究进展

近年来便携式电子设备爆炸事件频发,主要是由于传统锂离子电池隔膜/电解液体系容易发生电解液泄漏以及隔膜严重热收缩导致的正负极接触短路。化学交联型凝胶聚合物电解质的出现在很大程度上改善了电池漏液的问题。同时,交联网络赋予聚合物基体优异的尺寸稳定性,大大提高了其安全性能。因此,化学交联型凝胶聚合物电解质得到了科研工作者们的广泛关注和研究。本文根据引发及制备方法的不同,综述了利用热引发、光引发、辐射引发、环氧开环加成以及溶胶-凝胶法制备的交联凝胶型聚合物电解质,并对其力学性能和电化学性能进行了介绍。     

锂离子电池PMMA-VAc聚合物电解质的制备与性质研究

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和醋酸乙烯酯(VAc)为单体, 用乳液聚合法合成聚甲基丙烯酸甲酯-醋酸乙烯酯聚合物(PMMA-VAc), 并以此聚合物制备了新型聚烯烃膜支撑的聚合物膜及聚合物电解质. 用红外光谱(FTIR)、凝胶色谱(GPC)、差热和热重分析(DSC/TG)、扫描电镜(SEM)及电池充放电实验等方法研究了聚合物、聚合物膜和聚合物电解质的性质. 红外光谱结果表明, MMA与VAc通过各自的C＝C双键打开聚合成PMMA-VAc. PMMA-VAc易于分散在混合碳酸酯溶剂中并形成凝胶, 凝胶粘度随PMMA-VAc浓度的增加而增加, 当浓度为4%时成膜效果最佳. PMMA-VAc膜具有大量的微孔结构, 具有极强的吸液性能. PMMA-VAc膜具有良好的热稳定性: 在380 ℃范围内保持稳定. 聚烯烃膜支撑的PMMA-VAc膜室温下的离子电导率为1.85×10^－3 S•cm^－1, 用作为锂离子电池的聚合物电解质时, 电池具有良好的循环稳定性和倍率性能.     

PREPARATION AND ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANES BASED ON SAN/PVDF-HFP BLENDS

A copolymer of poly(acrylonitrile-co-styrene) (SAN) was synthesized via an emulsion polymerization method. Novel polymer electrolyte membranes cast from the blends of poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVDF-HFP), SAN and fumed silica (SiO2) are microporous and can be used in polymer lithium-ion batteries. The membrane shows excellent characteristics such as high ionic conductivity and good mechanical strength when the mass ratio between SAN and PVDF-HFP and SiO2 is 3.5/31.5/5. The ionic conductivity of the membrane soaked in a liquid electrolyte of 1 mol/L LiPF6/EC/DMC/DEC is 4.9×10-3 S cm-1 at 25℃. The membrane is electrochemical stable up to 5.5 V versus Li /Li in the liquid electrolyte. The influences of SiO2 content on the porosity and mechanical strength of the membranes were studied. Polymer lithium-ion batteries based on the membranes were assembled and their performances were also studied.     

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。     

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.     

Li-SGO掺杂半互穿网络型多孔单离子传导聚合物复合电解质的制备

本文成功制备了磺酸锂功能化石墨烯,通过原位聚合方式成功将其添加到单离子传导聚合物电解质中制备出磺酸锂功能化石墨烯改性半互穿网络型多孔单离子传导聚合物复合电解质.与未掺杂磺酸锂功能化石墨烯半互穿网络型多孔单离子传导聚合物电解质相比,该电解质具有更高的孔隙率、吸液率、机械拉伸强度和离子电导率.电化学测试结果表明,掺杂磺酸锂...     

MoS2 nanosheet arrays supported on hierarchical porous carbon with enhanced lithium storage properties

MoS₂ nanosheet arrays supported on hierarchical nitrogen-doped porous carbon(MoS₂@C)have been synthesized by a facile hydrothermal approach combined with high-temperature calcination.The hierarchical nitrogen-doped porous carbon can serve as three-dimensional conductive frameworks to improve the electronic transport of semiconducting MoS₂.When evaluated as anode material for lithium-ion batteries,the MoS₂@C exhibit enhanced electrochemical performances compared with pure MoS₂ nanosheets,including high capacity(1305.5 mA h g^-1 at 100 mA g^-1),excellent rate capability (438.4 mA h g^-1 at 1000 mA g^-1).The reasons for the improved electrochemical performances are explored in terms of the high electronic conductivity and the facilitation of lithium ion transport arising from the hierarchical structures of MoS₂@C.     

双(三氟甲基磺酰)亚胺钠基聚合物电解质在固态钠电池中的性能

采用简单的溶液浇铸法制备出由双（三氟甲基磺酰）亚胺钠（NaTFSI）/聚氧乙烯（PEO）构筑的固态聚合物电解质（SPE）,并针对其相转变、结晶性、热稳定性、电导率以及电化学稳定性等基础理化及电化学性质进行了系统表征。结果表明,NaTFSI/PEO（[EO]/[Na⁺]=15）SPE具有相对高的电导率（σ ≈ 10^-3 S·cm^-1,80℃）、高的耐氧化能力（4.86 V vs Na⁺/Na）和热稳定性高达350℃。电池测试结果表明,该NaTFSI基SPE不仅对金属钠电极能够呈现出优异的界面稳定性,而且在Na|SPE|NaCu_1/9Ni_2/9Fe_1/3Mn_1/3O₂电池中展现出良好的循环和倍率性能。     

“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。