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.     

基于PEO的复合聚合物电解质的研究进展

从填料对聚合物电解质性能的影响、复合聚合物电解质性能的影响因素、聚合物电解质的结构和复合聚合物电解质的应用四方面综述了基于聚氧化乙烯（PEO）的复合聚合物电解质研究的最新进展。聚合物中加入纳米级无机填料可提高聚合物电解质的机械强度、电导率和锂／电解质界面的稳定性。     

导电聚合物与锂二次电池

本文对聚合物的锂二次电池原理，发展、应用前景及今后的展望做了评述．     

锂硫二次电池正极研究进展

综述了锂硫电池中硫基正极材料的制备方法、结构特征以及电化学性能. 简述了单质硫正极材料, 重点探讨了有机硫化物、碳/硫复合材料、聚合物/硫复合材料的结构设计、材料制备、反应机理以及充放电特性, 并对其中存在的问题进行了分析, 还介绍了硫化锂正极材料. 最后对硫基正极的进一步发展, 以及锂硫电池的商业化应用进行了展望.     

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...     

锂硫二次电池硫-碳纳米管正极的合成和性能

由单质硫与碳纳米管合成一种新型含碳复合材料.XRD、SEM、BET比表面和孔径分布表征观察硫-碳纳米管复合材料,循环伏安法和电池充放电测试材料的电化学性能.结果表明:以硫-碳纳米管作正极组装的2016型扣式电池有较好的电化学性能,其初始放电比容量达680mAh/g(室温),30次循环放电比容量仍稳定在500mAh/g.     

聚合物自由基锂二次电池正极材料的合成与电化学性能

合成了一种聚合物自由基聚 4 甲基丙烯酸 2 ,2 ,6 ,6 四甲基哌啶 1 氮氧自由基酯 (PTMA) ,并用红外光谱 (IR)、紫外光谱 (UV)、电子顺磁共振 (ESR)等证实了PTMA的结构 .PTMA的循环伏安曲线 (扫描速度为 5mV·s- 1)显示通过阳极的氧化电量和阴极的还原电量相等且氧化峰电流等于还原峰电流 ,表明PTMA的氧化还原反应可逆性很好 .PTMA的氧化峰电位 (Ea ,p=3 6 6VversusLi Li+ )与还原峰电位 (Ec,p=3 58V)之差为 80mV ,比其它锂二次电池的有机正极材料 (如有机二硫化物 )小得多 ,因此PTMA的氧化还原反应速度比较快 .PTMA的最大放电比容量为 78 4mAh·g- 1(以 0 2C充放电 ) ,是它理论比容量 ( 111mAh·g- 1)的 70 6 % ,它的充放电曲线分别在 3 6 5V和 3 56V处有一个很平稳的平台 ,经过 10 0次充放电循环后电池的放电比容量相对于最大放电比容量只衰减了 2 % ,表明PTMA 锂扣式电池具有优良的循环稳定性 .这些研究结果显示PTMA是一种非常有发展前景的有机聚合物自由基锂二次电池正极材料     

锂-硫二次电池界面反应的特殊性与对策分析

锂-硫电池是在现有锂离子电池基础上最可能实现储能密度大幅提升的实用二次电池体系. 然而,这一电池体系的电化学利用率与循环稳定性仍然难以满足应用要求. 造成锂-硫电池性能不稳定的原因在于硫正极和锂负极的材料结构和反应环境始终处于变化之中,如在充放电过程中,硫-碳反应界面的电化学阻塞、中间产物的溶解流失、正负极之间的穿梭效应等副反应导致正极与负极均难形成稳定的电化学反应界面。针对这些特殊问题,本文简要分析了影响能量利用率和循环稳定性的化学与电化学机制,并提出了构建稳定锂负极与高效硫正极的若干可行性技术.     

金属锂二次电池锂负极改性

本文综述了金属锂二次电池中提高锂负极性能的研究进展。分别介绍了以下改性方法:对金属锂表面进行预处理,使其表面预先形成性能良好的固体电解质界面膜,或直接在其表面制备保护膜;在电解液中加入添加剂对锂电极进行表面改性;采用新型有机溶剂、离子液体、聚合物电解质、玻璃态固体电解质、塑晶固体电解质等电解质体系提高界面相容性;改进金属锂电极的制备工艺,如制备金属锂粉末多孔电极和电沉积锂电极、制备全固态薄膜锂电池以及利用物理方法处理锂电极。并在此基础上对今后的发展趋势进行了展望。     

锂-硫电池中聚合物粘结剂的研究进展

锂-硫电池由于其高比容量(1675mA·h·g^-1)和高能量密度(2600Wh·kg^-1)吸引了许多科学家的关注。同时,硫具有无毒,储量多且环境友好等优点。然而,硫的绝缘性、多硫化物引起的穿梭效应以及充放电过程中的体积膨胀阻碍了锂-硫电池的实际应用。为解决上述问题,针对电极活性材料所面临的难题,大量工作围绕着对导电碳基材、金属化合物、导电聚合物进行化学修饰而展开。另外,也有一些工作研究了新型聚合物粘结剂。本文总结了近期关于锂-硫电池新型粘结剂的研究进展,主要分为非水溶性粘结剂和水溶性粘结剂,并展望了未来新型粘结剂的发展。     

锂电池用全固态聚合物电解质

随着储能电源和电子产品以及电动汽车的迅速发展,开发高能量密度的锂离子电池已经成为现阶段研究的重点方向之一。目前,较广泛使用的液态锂离子电池,由于容易发生有机液态电解质的泄漏、燃烧、爆炸和短路等问题,存在非常大的安全隐患。因此,迫切需要开发能量密度更高,安全性更加好的锂离子电池。与现有的有机液态电解质相比,全固态聚合物电解质(All-solid-state polymer electrolyte,ASPE)具有理论比容量更高、结构可设计性强、易于大规模生产制造、排除了泄漏液体等体系安全性能好的优点,是一类具有广泛应用前景的电解质。ASPEs在锂离子电池中起到了主导作用,研究者们对其进行了大量的科研工作。本文结合并比较了典型的ASPEs(聚醚、聚酯、聚氨酯、聚硅氧烷)的最新科研进展以及本课题组的工作,回顾了这几种固态聚合物的发展,对高性能锂电池全固态电解质的制备设计、新型锂电池、界面调控和制备工艺成型等方面作了阐述,并对其未来的研究做出展望。     

聚苯胺全固态锂电池

用经γ射线辐照交联的ＰＥＯ作为固体电解质，研究了聚苯胺（ＰＡｎ）固态锂电他的电化学特性。实验发现通过γ－辐射交联后的ＰＥＯ电解质，室温电导率可达１０（－４）Ｓ／ｃｍ以上，并具有较好的机械强度。经过６８次的充放电循环实验、电池放电容量仍维持在６０ｍＡｈ／ｇＰＡｎ以上．该电池交流阻抗分析表明，界面Ｌｉ／ＰＥＯ的阻抗远大于界面ＰＥＯ／ＰＡｎ的阻抗．循坏伏安结果显示了聚苯胺具有良好的氧化还原可逆性．     

Progress on High Voltage PEO-based Polymer Solid Electrolytes in Lithium Batteries

Polymer electrolytes have attracted great interest for next-generation lithium-based batteries on account of safety and high energy density. In this review, we assess recent progress on the design of poly(ethylene oxide)(PEO)-based solid polymer electrolytes in high voltage lithium batteries and identify possible side reactions between PEO-based electrolytes and existing cathodes. We provide an overview of the ways to enhance high voltage resistance of PEO-based electrolytes. Those include components blend, molecular design and interface modification. With these efforts, we want to present new insights into rational design of PEO-based electrolytes to develop solid-state lithium batteries for advanced performance.     

PEO基纳米复合聚合物电解质电化学性质的研究

以PEO8 LiClO4作母体,纳米SiO2为填料,制成PEO8 LiClO4 SiO2(x%)系列复合聚合物电解质,测定这该电解质的电导率、锂离子迁移数和电化学稳定窗口,并对其晶态结构作差热分析表征.结果表明,纳米SiO2的引入,显著提高了电解质的电导率,在22℃时达到4.3×10-5S·cm-1.此外,还探讨了填料对复合聚合物电解质电导率提高的影响机理.     

二次锂电池聚合物正极材料研究进展

近几十年,二次锂电池作为重要的储能装置得到迅猛发展,而开发高性能的锂电池电极材料一直是电化学能源领域的研究热点之一。与传统无机正极材料相比,聚合物正极材料具有比容量高、柔软性好、廉价易得、环境友好、加工方便、可设计性强等诸多优点。本文综述了导电聚合物、共轭羰基聚合物以及含硫聚合物正极材料的结构特点、电极反应机理、电化学性能和近五年来的重大研究进展,总结了这三类聚合物电极材料的优缺点,并重点介绍了含硫聚合物电极材料中存在的问题及改进手段,最后提出了综合这三类聚合物优点的含硫共轭导电聚合物将会是该领域的研究方向。     

Fluorine and Lithium: Ideal Partners for High‐Performance Rechargeable Battery Electrolytes

Further enhancement in the energy densities of rechargeable lithium batteries calls for novel cell chemistry with advanced electrode materials that are compatible with suitable electrolytes without compromising the overall performance and safety, especially when considering high‐voltage applications. Significant advancements in cell chemistry based on traditional organic carbonate‐based electrolytes may be successfully achieved by introducing fluorine into the salt, solvent/cosolvent, or functional additive structure. The combination of the benefits from different constituents enables optimization of the electrolyte and battery chemistry toward specific, targeted applications. This Review aims to highlight key research activities and technical developments of fluorine‐based materials for aprotic non‐aqueous solvent‐based electrolytes and their components along with the related ongoing scientific challenges and limitations. Ionic liquid‐based electrolytes containing fluorine will not be considered in this Review.     

苯硫酚盐基溶液的可充镁电池电解液

将4-甲基苯硫酚、4-异丙基苯硫酚和4-甲氧基苯硫酚(RSH)分别与格氏试剂C₂H₅MgCl/THF(四氢呋喃)反应制得的苯硫酚氯化镁(RSMgCl)(分别标记为MBMC、IPBMC和MOBMC)/THF和进一步与Lewis 酸AlCl₃反应制得的(RSMgCl)_n-AlCl₃/THF(n=1,1.5,2)苯硫酚盐基溶液用作可充镁电池电解液,采用循环伏安和恒电流充放电测试研究了电解液的镁沉积-溶出性能和氧化分解电位. 结果表明,苯硫酚上的基团种类和RSMgCl与AlCl₃的比例对其电化学性能有影响. 其中,0.5 mol·L^-1(IPBMC)_1.5-AlCl₃/THF 溶液具有最佳的电化学性能,其氧化分解电位适宜(2.4 V(vs Mg/Mg²⁺)),镁沉积-溶出循环效率稳定,过电位低,电导率较高(2.48 mS·cm^-1),与正极材料Mo₆S₈兼容性良好,且具有一定的空气稳定性,配制方便,有希望应用于实际的可充镁电池体系中.     

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。     

锂/聚合物电解质电化学固/固界面的研究

综述了聚合物锂电池中锂/聚合物电解质电化学固/固界面的研究进展。通过与锂/液体电解质体系进行比较,简要介绍了在锂/聚合物电解质界面上发生的电化学反应、锂钝化层形成及其对界面反应的影响,并侧重讨论了传统电化学方法和谱学方法,特别是现场分析技术在电化学固/固界面研究中的应用。总结了锂/聚合物电解质界面的几种不同改善途径。