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。     

用于锂离子电池的聚合物电解质

本文主要依据最近5年来的相关文献，综述了锂离子电池用的聚合物电解质的研究进展。     

含烷氧磺酸锂盐及对称星形醚的聚环氧乙烷基聚合物电解质的制备及电化学性能

合成了低聚度烷氧磺酸锂盐（LiSA(EO)n)和对称星形醚（STEO）增塑剂,并制备了聚环氧乙烷（PEO）基聚合物电解质。 研究了PEO16+LiSA(EO)n体系的锂离子迁移数和电导率与锂盐结构的关系,实验结果表明,LiSA(EO)n代替LiClO4作为锂盐时,其电导率得到提高,而且聚合物电解质的锂离子迁移数随着烷氧磺酸锂盐阴离子体积的增大而增加,并且其中PEO16+LiSA(EO)2体系的锂离子迁移数达到0.35。 STEO可明显地提高PEO16-LiSAEO-STEO体系的电导率,PEO16-LiSAEO-20%STEO室温电导率可达到0.5×10-4 S/cm。 通过DSC实验结果表明,STEO的加入,可有效降低聚合物电解质体系的熔融温度和结晶度,PEO16-LiSAEO-20%STEO电化学稳定窗口在4.4 V以上,可满足锂电池的应用要求。     

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。     

聚环氧乙烷聚合物电解质基高电压固态锂金属电池的研究进展

采用液态碳酸酯电解质的锂离子电池在遭遇极端工况时, 极易发生泄露、燃烧、甚至爆炸等重大安全事故. 相对比, 聚环氧乙烷(PEO)固态聚合物电解质可以显著提升锂电池的安全性, 并且其优异的可塑性使其可以被制成特定形状进而满足特殊领域的差异化需求; 更为重要的是: PEO固态聚合物电解质与锂金属负极兼容性好. 然而, PEO固态聚合物电解质电化学氧化窗口低, 难以匹配高电压正极材料(≥4 V), 极大限制了其在高电压、高能量密度固态聚合物锂金属电池中的进一步应用. 近期经过国内外科研工作者在PEO固态聚合物电解质结构设计、PEO端羟基改性、含硼锂盐引入、功能型粘结剂设计开发以及正极界面层构筑等方面所做出的不懈努力, PEO固态聚合物电解质基高电压固态锂金属电池取得了系列化重大科研进展. 基于此, 本综述主要从以下八个方面: (1)高电压正极片表面修饰超薄聚合物层、(2)高电压正极颗粒包覆、(3)对碳黑颗粒进行包覆、(4)使用富含羧基的粘结剂、(5)不对称固态聚合物电解质结构设计、(6)正极界面原位形成耐高电压界面层、(7)醚氧官能团(-OCH₃)封端PEO, 提升其本征耐高电压性能、(8)含硼锂盐做添加剂, 详细综述了采用PEO固态聚合物电解质构建的高电压固态锂金属电池所取得的最新研究进展以及相应的高电压固态锂金属电池界面稳定作用机制. 最后还对未来PEO固态聚合物电解质在高电压固态锂金属电池方面所存在的巨大挑战和发展趋势进行了详细展望和总结阐述.     

半互穿聚合物网络BVV的制备及其性能研究

以丙烯酸丁酯(BA)和醋酸乙烯酯(VAc)为单体,对VAc与乙烯的共聚乳液(VAE)进行改性,通过乳液聚合制备了半互穿聚合物网络BVV.考察了乳化剂、交联剂、引发剂以及反应时间等条件对转化率及BVV稳定性的影响.BVV的剥离力度及其乳胶膜的吸水率的测定结果证明BVV耐水性及粘接强度较VAE明显增强.光学显微镜照片显示BVV的互穿结构已经形成.     

锂离子电池用聚合物固体电解质的新进展

综述了锂离子电池用聚合物固体电解质方面的进展。     

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.     

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.     

聚合物固态锂电池电解质/负极界面

动力电池领域对锂二次电池的能量密度和安全性提出了更高要求,研究高能量密度固态锂电池对发展新能源产业具有重要意义。相比传统的有机电解液锂离子电池,采用聚合物固体电解质的聚合物固态锂电池不但具有明显提升的安全性,而且能够匹配高容量电极材料,实现能量密度的有效提升。聚合物固态锂电池是最有前景的锂二次电池之一,然而聚合物固体电解质与锂负极间仍存在严重的界面副反应、锂负极表面易生长枝晶等问题。近年来,通过电解质成分调控、电解质力学性能提升、电解质/锂负极界面调控和匹配三维锂负极等手段,聚合物基固态锂电池性能明显提升。基于此,本文介绍了常见的聚合物固体电解质及其与锂负极间的界面挑战,从添加无机填料、使用高强度基底膜、分级层状结构设计、构筑界面缓冲层、交联网络设计以及固态锂负极保护等几个方面综述了提升聚合物基电解质/锂负极界面稳定性的最新研究成果,最后对解决聚合物固体电解质/锂负极界面兼容性的研发方向和发展趋势进行了展望。     

增塑剂对聚合物电解质锂离子电池性能的影响

锂电子;碳纤维;增塑剂对聚合物电解质锂离子电池性能的影响     

Self-Repairable and Flexible Polymer Network Electrolyte with Enhanced Lithium-Ion Conduction for Lithium Metal Batteries

Developing high-performance functional polymer-based electrolytes is important for realizing next generation safe lithium metal batteries. In this study, a new type of quasi-solid polymer network electrolyte (SIPH-x-y%) was prepared by combining synthesized polymer network (SIPH) containing urethane bond linked ionic liquids (ILs), polyethylene glycol (PEG), and disulfide bond moieties, lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide salt (LiTFSI), and glyme type additive. It was found that SIPH-20-40% was mechanically flexible, self-healable, and showed high ionic conductivity of 2.67×10⁻⁴ S cm⁻¹. Also, SIPH-20-40% possesses a high lithium ion transference number of 0.43 and good electrochemical stability. These properties enabled the SIPH-20-40% electrolyte membrane to support Li/Li symmetrical cell to cycle stably during long term Li plating and stripping. The Li/SIPH-20-40%/LFP showed high delivered specific capacity and good stability (166.1 mAh g⁻¹ after 106 cycles at 0.2 C). Such glyme doped polymer network electrolyte provides new experimental findings for developing polymer-based electrolyte with excellent mechanical integrity and battery related properties.     

定量的复合金属锂作为三维泡沫锂电极用于锂电池的研究

金属锂作为电池的负极材料具有极高的比容量和极低的氧化还原电位,能够显著提升电池的能量密度。然而,金属锂负极在实际应用中所面临的主要问题是锂枝晶、界面副反应和电极体积变化大的难题。在本文中,我们提出了一种通过将定量的金属锂与三维骨架进行复合形成三维泡沫锂负极的策略,并利用三维泡沫锂来抑制锂枝晶的生长和缓解电极的体积变化。因此,三维泡沫锂电极有利于金属锂负极的高效利用,并能借助其与平面锂箔相比更高的比表面积和更多的反应位点来提升电池的倍率性能。因此,通过采用三维泡沫锂,对称电池的循环寿命和倍率性能都得到了有效的提升。EIS数据结果表明,三维泡沫锂能够减小对称电池的电荷转移阻抗。而且,将三维泡沫锂作为负极组装的LTO全电池,与锂箔作为负极相比,循环1000周平均放电比容量从65 mAh·g^-1提升至121 mAh·g^-1。     

锂硫电池电解质研究进展

锂硫电池由于其高能量密度(理论高达2600 Wh/kg)、低成本、环境友好等优点而广受关注. 但是锂硫电池仍存在正极活性物质利用率低、循环性能差等问题. 造成这些问题的主要原因是易溶于有机电解液的中间产物聚硫锂Li₂S_n (4≤n≤8)和不溶于有机电解液的硫化锂造成的. 简要介绍了锂硫电池体系的主要问题,并结合本研究小组的研究,对锂硫电池用电解质体系从有机电解液组成、电解液添加剂、聚合物电解质和无机固体电解质等方面进行了详细的综述,最后对电解质的发展前景进行了展望.     

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。     

旋涂法制备PEO-PAN-PMMA三组分共混凝胶聚合物电解质

随着新能源产业和储能产业的快速发展,二次电池的安全性和能量密度要求越来越高.而传统的液态锂电池使用易燃的电解液,所以存在较大的安全隐患.因此固态锂电池由于其较高的安全性和能量密度受到越来越多人的关注.目前困扰固态电池应用的主要问题是其离子电导率和电极电解质界面问题.固态电解质是固态电池的关键材料.因此开发高离子电导率的固态电解质是开发固态电池的关键.在本工作中,作者成功通过旋涂法制备聚乙二醇-聚丙烯腈-聚甲基丙烯酸甲酯（PEO-PAN-PMMA）凝胶电解质.PEO-PAN-PMMA聚合物薄膜为均匀透明的,具有较高的吸附率,且热稳定性较好,在380℃下保持稳定.通过浸泡电解液可以得到性能优异的凝胶电解质.该凝胶电解质具有较高的离子电导率,室温离子电导率为0.4 mS/cm,而且电化学窗口较宽,在0～4.2 V之间化学性能较为稳定,界面稳定性较好.组装成Li//PEO-PAN-PMMA凝胶电解质//LiCoO₂电池之后,正极首圈放电容量为129.8 mAh/g,循环100周,正极放电容量剩余119.51 mAh/g,在0.1 C、0.2 C、0.5 C和1 C倍率下循环,正极放电容量分别为129.8 mAh/g,99.5 mAh/g,86.1 mAh/g和64 mAh/g.     

Ultraviolet-Cured Semi-Interpenetrating Network Polymer Electrolytes for High-Performance Quasi-Solid-State Lithium Metal Batteries

Solid polymer electrolytes with relatively low ionic conductivity at room temperature and poor mechanical strength greatly restrict their practical applications. Herein, we design semi-interpenetrating network polymer (SNP) electrolyte composed of an ultraviolet-crosslinked polymer network (ethoxylated trimethylolpropane triacrylate), linear polymer chains (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) and lithium salt solution to satisfy the demand of high ionic conductivity, good mechanical flexibility, and electrochemical stability for lithium metal batteries. The semi-interpenetrating network has a pivotal effect in improving chain relaxation, facilitating the local segmental motion of polymer chains and reducing the polymer crystallinity. Thanks to these advantages, the SNP electrolyte shows a high ionic conductivity (1.12 mS cm⁻¹ at 30 °C), wide electrochemical stability window (4.6 V vs. Li⁺/Li), good bendability and shape versatility. The promoted ion transport combined with suppressed impedance growth during cycling contribute to good cell performance. The assembled quasi-solid-state lithium metal batteries (LiFePO₄/SNP/Li) exhibit good cycling stability and rate capability at room temperature.