静电纺丝纳米纤维基凝胶聚合物电解质的研究进展

凝胶聚合物电解质(GPEs)可以解决传统电池的漏液问题和低能量密度问题,提高电池的安全性能,使电池轻便化,薄型化和外形多样化。静电纺丝技术可以控制纤维的直径和孔隙率,平衡GPEs离子电导率和力学性能,实现两者的共同提高,引起众多学者的研究兴趣。重点对聚偏氟乙烯(PVDF)电纺膜基凝胶聚合物电解质和聚丙烯腈(PAN)电纺膜基凝胶聚合物电解质的制备工艺和性能的研究进展进行了介绍,并对静电纺丝纳米纤维基凝胶聚合物电解质存在的问题和研究方向进行了探讨。     

锂离子电池用凝胶聚合物电解质研究进展

凝胶聚合物电解质是制备高功率密度和高能量密度、长循环寿命的聚合物锂离子电池的重要材料之一。凝胶聚合物电解质由聚合物基体、锂盐和增塑剂等组成。本文重点论述了凝胶聚合物电解质各组成成分的相互作用以及近几年聚合物基体与增塑剂的研究进展。此外,对凝胶聚合物电解质的性能改进进行了讨论,并对凝胶聚合物电解质的应用前景进行了展望。     

锂二次电池中的原位聚合电解质

聚合物电解质主要分为凝胶聚合物电解质和固态聚合物电解质两种类型,均能够提升锂二次电池的性能。其中,凝胶聚合物电解质是利用增塑剂实现聚合物基质的凝胶化,将有机液态电解液固定在三维网络结构中,因此同时具备液态的离子扩散速率和固态材料的机械性能;而固态聚合物电解质是一种完全没有液态电解质的体系,利用聚合物基体的极性实现锂盐的解离,以聚合物分子链的运动实现离子传输。相对于传统的非原位法制备的聚合物电解质而言,原位聚合反应制备的聚合电解质能够有效改善电解质与电极的界面相容性、简化电池组装工艺、降低制造成本。本文综述了当前原位聚合电解质在锂二次电池中应用的研究进展,并展望了原位聚合电解质的应用前景和未来挑战。     

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。     

锂离子电池凝胶聚合物电解质的研究进展

由于凝胶聚合物电解质具有较好的机械加工性能和安全性能以及较高的室温离子电导率,因而得到广泛的研究与应用。综述了聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氧化乙烯等锂离子电池凝胶聚合物电解质近几年的研究进展,主要介绍了这些凝胶聚合物电解质体系性能的优缺点以及对其改性研究的各种探索。特别是对目前研究最广泛的聚偏氟乙烯体系的改性进行了较为详细的论述。其中,添加无机纳米粒子的改性是目前的研究热点,是凝胶聚合物电解质的发展趋势,并对凝胶聚合物电解质的未来发展作了展望。     

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.     

锂离子电池凝胶聚合物隔膜的研究进展

作为锂离子电池重要组分,隔膜由多孔聚烯烃高分子材料组成;电解质体系由有机碳酸酯和六氟磷酸锂混合组成,虽具有高离子电导率,但因液态碳酸酯的易燃特性给锂离子电池带来了安全隐患。利用能够将液态电解质体系凝胶化的聚合物制备得到的凝胶聚合物隔膜,结合了液态电解质体系高电导率和固态电解质高安全性的优点。凝胶聚合物隔膜的研究从简单微孔凝胶聚合物隔膜开始,经历了引入少量纳米无机颗粒的掺杂凝胶聚合物隔膜,到引入大量纳米颗粒的凝胶陶瓷隔膜的发展历程。本文详细介绍这三种类型凝胶聚合物隔膜的物理化学特性,最后展望凝胶聚合物隔膜的发展趋势。     

基于自催化策略原位构建高性能锂电池用凝胶电解质

凝胶聚合物电解质作为一种高锂离子传导效率的聚合物电解质而备受关注。然而，制备凝胶聚合物电解质的过程仍存在催化剂难以脱除、流程繁琐等问题。在本工作中，采用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF₄)中潜在的Lewis酸诱导乙烯基醚类单体发生阳离子聚合的策略，探究出一种在电池内部原位构建高性能凝胶聚合物电解质的方法。BMIMBF₄的引入提升了凝胶聚合物电解质的电导率和电化学稳定性，基于该凝胶聚合物电解质的锂对称电池能在0.1 mA·cm^-2电流密度下循环500 h。由该凝胶聚合物电解质原位组装的全电池以1 C的倍率进行恒流充放电，循环100圈后容量保持率为90%;即使在10 C的高倍率下时，电池的放电比容量仍能保持在67.5 mAh·g^-1。该自催化策略为凝胶聚合物电解质的快速构建提供了新的思路。     

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.     

锂离子电池固态电解质的研究进展

和传统电解液相比,固态电解质热稳定性好,电位窗高,力学性能好且对环境友好;更重要地,由固态电解质组成的锂离子电池能量密度比传统锂离子电池更高,因而成为当前研究的热点。综述了几种主要固态电解质,包括无机固体电解质、固态聚合物电解质、凝胶电解质及复合型电解质的优势、研究进展以及面临的问题,并展望了未来固态电解质的发展趋势。     

Polyacrylonitrile-based gel polymer electrolyte filled with Prussian blue forhigh-performance lithium polymer batteries

Lithium polymer batteries(LPBs) rely on a high ion transport to gain improved cell performance.Thermostable and porous gel polymer electrolytes(GPEs) have attracted much attention due to their excellent properties in electrolyte wettability and ionic conductivity.In this work,iron-nickel-cobalt trimetal Prussian blue analogue(PBA) nanocubes are filled into the electro spun polyacrylonitrile(PAN)-based membranes to generate GPE composites with morphological superiority consisting of fine fibers and interconnected pores.The thus obtained PBA@PAN fibrous membrane showcases good thermal stability,high porosity and electrolyte uptake,as well as a peak io nic conductivity of 2.7 mS/cm with the addition of 10% PBA,Consequently,the assembled lithium iron phosphate(LiFePO_4) battery using PBA@PAN-10 as the GPE delivers a high capacity of 152.2 mAh/g at 0.2 C and an ultralow capacity decay of0.09% per cycle in a long-te rm cycle life of 350 cycles at 1 C,endorsing its promising applications in LPBs.     

Fabrication and evaluation of a polymer Li-ion battery with microporous gel electrolyte

This paper introduces an easy method for the fabrication of polymer Li-ion batteries with microporous gel electrolyte (MGE). The MGE is a multiphase electrolyte, which is composed of liquid electrolyte, gel electrolyte, and polymer matrix. The MGE not only has high ionic conductivity and good adhesion to the electrodes at low temperatures, but also retains good mechanical strength at elevated temperatures. Therefore, the MGE batteries are able to operate over a wide temperature range. During battery fabrication, the MGE is formed in situ by introducing liquid electrolyte into a swellable microporous polymer membrane and then heating or cycling the battery. In this work, the chemical compatibility of MGE with metal lithium during 60 °C storage and with LiMn₂O₄ cathode during cycling was studied. In addition, graphite/MGE/LiMn₂O₄ Li-ion batteries were made and evaluated.     

无机粒子-高分子复合固体电解质的研究进展

综述了锂离子电池用无机粒子 高分子复合固体电解质方面的研究进展 ,对复合电解质的种类、无机复合粒子的作用和电解质在锂电池方面的应用情况进行了评述。     

Effect of solvents on properties of polymer gel-electrolyte based on polyester diacrylate

New polymer gel electrolytes based on polyester diacrylates and LiClO₄ salt solutions in organic solvents are developed for lithium ion and lithium polymer batteries with a high ionic conductivity up to 2.7 × 10^?3 Ohm^?1cm^?1 at the room temperature. To choose the optimum liquid electrolyte composition, the dependence is studied of physico-chemical parameters of new gel electrolytes on the composition of the mixture of aprotic organic solvents: ethylene carbonate, propylene carbonate, and λ-butyrolacton. The bulk conductivity of gel electrolytes and exchange currents at the gel electrolyte/Li interface are studied using the electrochemical impedance method in symmetrical cells with two Li electrodes. The glass transition temperature and gel homogeneity are determined using the method of differential scanning calorimetry. It is found that the optimum mixture is that of propylene carbonate and λ-butyrolacton, in which a homogeneous polymer gel is formed in a wide temperature range of ?150 to +50°C.     

基于静电纺丝和静电喷射技术的P(VDF-HFP)/Al2O3/P(VDF-HFP)复合隔膜的制备与电化学性能分析

通过静电纺丝和静电喷射技术, 将三氧化二铝(Al₂O₃)纳米颗粒沉积在两层聚四氟乙烯六氟丙烯[P(VDF-HFP)]静电纺丝隔膜之间, 制备出了具有“三明治”结构的P(VDF-HFP)/Al₂O₃/P(VDF-HFP)复合锂离子电池隔膜. 分析了隔膜的形态结构、 热收缩性能、 拉伸性能、 电化学性能以及隔膜在电池中的循环性能. 测试结果表明, 该复合隔膜比纯P(VdF-HFP)膜拥有更高的吸液率, 隔膜更容易吸收电解液从而形成凝胶聚合物电解质(GPEs). 该复合隔膜的拉伸强度在4 MPa左右, 相对应的断裂伸长率为261.57%. 复合隔膜在室温下的离子电导率为1.61×10^-3 S/cm, 且表现出了较高的电化学稳定性(电化学稳定窗口达到5.4 V). 在电池的循环测试中, 使用钴酸锂(LiCoCO₂)作为正极材料, 由该复合隔膜组装的电池的首次放电比容量达到了理想的水平, 为145 mA·h·g^-1.     

A novel sandwiched membrane as polymer electrolyte for application in lithium-ion battery

A novel kind of sandwiched polymer membrane was prepared, which consists of two outer layers of electrospun poly(vinyl difluoride) (PVDF) fibrous films and one inner layer of poly(methyl methacrylate) (PMMA) film. Its characteristics were investigated by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The membrane can easily absorb non-aqueous electrolyte to form gelled polymer electrolytes (GPEs). The resulting gelled polymer electrolytes had a high ionic conductivity up to 1.93 × 10⁻³ S cm⁻¹ at room temperature, and exhibited a high electrochemical stability potential of 4.5 V (vs. Li/Li⁺). It is of great potential application in polymer lithium-ion batteries.     

聚碳酸酯基固态聚合物电解质的研究进展

液态锂离子电池由于采用易泄露、易挥发、易燃烧的碳酸酯有机溶剂,在高温或极端条件下使用时,存在极大的安全隐患.使用固态电解质替代液态电解液,可以从根本上避免此类安全问题的发生,与此同时还可以大幅度提升固态锂电池的能量密度.固态电解质又分为无机固态电解质和聚合物固态电解质2大类.无机固态电解质能够在宽的温度范围内保持化学稳定性,并且电化学窗口较宽,机械强度更高,室温离子电导率较高,但脆性较大,柔韧性差,制备工艺复杂,成本较高.聚合物固态电解质,室温离子电导率偏低,难以满足室温锂离子电池的应用,但其加工成型容易,形状可变.比较而言,固态聚合物电解质,更适宜大规模生产,离产业化相对更近.固态聚合物电解质中研究较多的是聚醚基固态聚合物电解质(如聚环氧乙烷和聚环氧丙烷),但其缺点是室温离子电导率低,需要对其改性或进一步开发综合性能更加优异的其他固态聚合物电解质.聚碳酸酯基固态聚合物电解质由于其特殊的分子结构(含有强极性碳酸酯基团)以及高介电常数,可以有效减弱阴阳离子间的相互作用,提高载流子数量,从而提高离子电导率,因此被认为是一类非常有前途的固态聚合物电解质体系.基于此,本文重点综述了最近研究热点的聚碳酸酯基固态聚合物电解质,包括聚(三亚甲基碳酸酯)体系、聚(碳酸丙烯酯)体系、聚(碳酸乙烯酯)体系和聚(碳酸亚乙烯酯)体系等,并详细阐述了上述每种聚碳酸酯基固态聚合物电解质的制备、电化学性能、优缺点及改性手段,归纳出其离子配位-解配位过程和离子扩散机制,还对聚碳酸酯基固态聚合物电解质的未来发展方向和研究趋势望进行了预测和展望.     

单分散SiO2纳米颗粒复合凝胶电解质的应用

以单分散程度较高的SiO₂纳米颗粒(约130 nm)作为填料,聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF?HFP)作为聚合物基质,采用简便的物理共混法制备出了一种单分散SiO₂纳米颗粒复合凝胶聚合物电解质(MCGPEs)并将其应用于锂电池中。扫描电镜结果表明,SiO₂纳米颗粒在聚合物基体中分散均匀。与传统凝胶聚合物电解质(GPEs)和商业SiO₂颗粒复合凝胶电解质(CGPEs)相比,MCGPEs有着更高的电解液吸液能力和离子电导率,并且具备更强的锂离子迁移能力。此外,使用MCGPEs作为电解质的锂电池,在1.0C下历经300次循环后仍然保持了121.1 mAh·g^-1的较高比容量,表现出了优异的循环性能。同时,其倍率性能也十分优异,在10C倍率下获得了135 mAh·g^-1的比容量,远高于GPEs锂电池(76.2 mAh·g^-1)。