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。     

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.     

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。     

原位包覆导电聚吡咯的Li1.26Fe0.22Mn0.52O2富锂铁锰基正极材料的制备及电化学性能的提高

采用化学氧化聚合的方法成功合成了导电聚吡咯(PPy)包覆的纳米尺寸Li_1.26Fe_0.22Mn_0.52O₂(LFMO)正极材料。通过X射线衍射(XRD)检测样品的晶体结构,并通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察材料形态和微观结构。元素映射和傅里叶变换红外光谱结果表明,PPy导电网络存在于复合材料中,并且PPy均匀分布在LFMO颗粒上。通过恒流充放电测试和电化学阻抗谱(EIS)分析研究了所有样品的电化学性能,结果表明表面上的PPy显著降低了LFMO的电荷转移电阻。包覆PPy质量分数为2%的LFMO-2%PPy表现出极好的倍率性能和良好的循环稳定性,其在1C倍率下首次放电容量为206 mAh·g^-1,首圈库仑效率为87%,在1C和2C分别循环50圈后,其容量分别稳定在131和139 mAh·g^-1。     

聚吡咯/蒽醌-2-磺酸盐复合体系的制备及其在锂离子电池中的应用

以苯酐为起始原料,采用改进的苯酐法及磺化方法,首先通过硫酸氧化合成蒽醌,再通过发烟硫酸磺化在蒽醌的侧位上引入磺酸根,从而制备了含有电子转移活性的可溶于水的高纯度蒽醌-2-磺酸盐,然后通过电化学聚合反应在集流体上原位得到聚吡咯复合材料(PPy/AQS).最后,将得到的PPy/AQS复合材料作为锂离子电池的有机电极材料,在常规的有机电解液中形成稳定的电池体系,具备储存和释放锂离子的能力,具有良好的充放电性能及循环稳定性.     

聚合物固体电解质基体的研究进展

综述了聚合物固体电解质基体的设计原理、分类和研究进展，并对今后在聚合物基体设计方面的研究前景作了展望。     

固态聚合物电解质研究进展

开发下一代高安全且高能量密度能源体系是新能源产业进一步蓬勃发展的关键。将易燃易爆的液态电池替换为固态电池是一项极具前景的工作。在固态电解质中,聚合物电解质由于其高安全性、粘弹性及其良好的界面相容性等成为广泛研究的对象。但是在室温下其离子电导率仍然偏低,需要在高温下才能达到一定的电池性能。因此,在提升聚合物电解质常温离子电导率的同时,还需要进一步研究和改善电解质/电极之间的界面问题,降低界面阻抗。本文从固态聚合物的优缺点出发,介绍了不同固态聚合物电解质的性能及其离子传输机理,展望了固态聚合物电解质的最新研究进展和发展方向。     

锂离子聚合物常温固体电解质的研究进展

综述了锂离子电池聚合物常温固体电解质的最新研究进展。主要关注的是电化学性能,尤其是室温下的离子电导率。对性能较好的聚合物固体电解质体系进行了概述。     

固体聚合物电解质电导率式湿度传感器

1 引言。湿度传感器(HS)作为重要的化学传感器,在仓储、过程控制及气象等方面有着广泛的应用。目前HS普遍存在稳定性和可靠性不够理想、耐湿性能差、抗干扰能力不强的缺点,故制约了它的应用和发展。因此,探索新的高精度、高可靠性、长寿命的感湿材料,研究各类新型传感器具有重要意义。Nation膜是一种全氟磺酸质子交换膜,带有磺酸基团,可以吸附空气中的水分,吸附量与空气中的水含量存在一定的定量关系,因而可以作为HS的感湿材料。本实验利用燃料电池用的耐腐蚀碳纸为电极,将Nation转换为锂离子型,制备了以Nation为感湿材料的HS,在相对湿度为10％-97％范围内,电导率的对数与相对湿度(RH)之间具有良好的线性响应。     

固体聚合物电解质燃料电池的研究

报道了固体聚合物电解质燃料电池的电极制备方法和温度，压力以及阴极气量对电池性能的影响。     

Effect of Dibenzo-18-crown-6 on the Polymer Electrolyte/Lithium Anode Interface

Photocured polymer electrolytes, applied onto a porous polypropylene separator, with conduction by lithium cations (1 × 10⁻⁴ S cm⁻¹ at 20°C) are designed. The polymer is formed from a 1 : 1 mixture of oligourethane dimethacrylate and polypropylene glycol monomethacrylate, which are capable of undergoing polymerization via double bonds in a liquid organic electrolyte (0.5 M LiClO₄) in a 1 : 1 mixture of propylene carbonate and dimethoxyethane. The polymer electrolyte comprises a polymer composition (20 wt %), a liquid electrolyte (78 wt %), and a photoinducer (2 wt %). Effect of insertion of dibenzo-18-crown-6 into the electrolyte on its electrochemical characteristics (on the electrolyte/Li interface) is investigated. Dependences of the bulk conductivity and exchange currents at the interface on the temperature and storage duration are studied at different crown ether contents.__________Translated from Elektrokhimiya, Vol. 41, No. 5, 2005, pp. 646–650.Original Russian Text Copyright © 2005 by Yarmolenko, Efimov.     

吡咯在一些聚合物基质中聚合生成导电高分子复合物的研究

用电化学氧化聚合方法将吡咯在聚氨酯(PU)、聚已内酰胺(Nylon 6)、聚芳砜酰胺(PSu)及聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)等绝缘聚合物中聚合生成聚吡咯(PP_y)的高分子复合物PU/PP_y、Nylon 6/PP_y、PS_u/PP_y、PPTA/PP_y等。它们具有良好的电导率及力学性能、报导了他们的制备方法及电导率、力学性能、电化学活性、扫描电镜、X-射线衍射的表征。     

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.     

增塑剂对PVA碱性聚合物电解质电化学性能的影响

通过溶解―铸膜法制备聚乙烯醇(PVA)-KOH-H2O碱性聚合物电解质膜。向聚合物中添加增塑剂丙三醇(GROL)和碳酸丙烯酯(PC)来提高离子电导率。X射线晶体衍射分析(XRD)结果表明,添加增塑剂未改变聚合物的物相结构,薄膜仍主要为不定形态。差示扫描热分析(DSC)结果显示,添加增塑剂后聚合物电解质膜的玻璃化转变温度降低,促进了电解质膜向不定形态转变。电解质膜室温离子电导率随增塑剂添加而增大,增塑剂超过一定量后离子电导率开始下降。PC对提高离子电导率的作用优于GROL。循环伏安测试结果显示,电解质膜的电化学稳定性窗口随增塑剂的添加而有所变窄,但仍显示了较好的电化学稳定性。     

电化学阻抗谱法测定固态聚合物电解质的本体电阻

采用电化学阻抗谱法,对阻抗谱中的聚合物电解质本体电阻（Rb）与膜厚（L）的关系和固体聚合物电解质/惰性电极间的界面阻抗随直流电压的变化趋势进行了研究.结果表明,阻抗谱中聚合物电解质本体电阻（Rb）含有一定的阻塞电极/聚合物电解质间的界面阻抗;由于界面双电层电容的变化,在直流电压0.15～3 V范围内,界面阻抗随电压的增大而减小.     

聚苯并咪唑-锂盐-聚乙二醇单甲醚共混全固态聚合物电解质的制备及性能

使用共混后浇铸成膜的方法,制备了聚苯并咪唑-锂盐-聚乙二醇单甲醚组成的锂离子电池共混全固态聚合物电解质。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)、拉伸与交流阻抗测试表征了共混全固态电解质的结构与性能。研究了不同锂盐以及各组分含量对共混全固态电解质的力学性能与电导率的影响。结果表明:聚苯并咪唑与聚乙二醇单甲醚之间存在氢键;共混全固态电解质中聚乙二醇单甲醚处于无定形态;锂盐的加入使聚乙二醇单甲醚的玻璃化转变温度下降;聚乙二醇单甲醚含量越高,共混膜强度越低,电导率越高,并且使用三氟甲磺酸锂作为锂盐时其电导率最高,室温下可以达到3.58×10~(-5) S/cm,高温下可以达到3.3×10~(-3) S/cm,高温下满足对锂离子电池的使用需求。     

染料敏化太阳能电池用琼脂糖基磁性聚合物电解质的电化学性能

以琼脂糖为聚合物基质,N-甲基吡咯烷酮为溶剂,磁性纳米粒子四氧化三铁为无机纳米颗粒添加剂制备了用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的磁性聚合物电解质.通过研究不同小分子表面活性剂,聚乙二醇(PEG200)、曲拉通(TritonX-100)、乙酰丙酮和三者混合的表面活性剂对掺杂有1%(w)Fe3O4的磁性聚合物电解质离子电导率的影响,发现PEG200的加入可有效提高琼脂糖基磁性聚合物电解质的离子电导率.同时,对不同PEG200浓度添加下的电解质进行离子电导率测试研究发现:当PEG200加入量为61.8%(w)时,电解质具有最佳的离子电导率(2.88×10-3S·cm-1);对染料敏化太阳能电池进行电化学交流阻抗谱(EIS)测试的结果表明:染料敏化太阳能电池的电子寿命和复合电阻随着PEG200浓度的增加是先增大后减小,最大的电子寿命和复合电阻出现在PEG200浓度为68.3%(w)处.     

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。     

“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。     

用于锂离子电池的凝胶聚合物电解质的制备与性能

以丙烯腈(AN)、丙烯酸甲酯(MA)和衣康酸锂(IALi)为自由基共聚反应的主要单体, 采用溶液聚合方法, 合成轻度交联的P(AN-MA-IALi)聚合物电解质膜.通过FTIR, DSC和SEM等测试方法对共聚物的结构进行了表征, 利用交流阻抗等电化学方法对该膜的导电性能进行了研究.实验结果表明, 所制备的交联聚合物的室温电导率达到10-5~10-4 S/cm, 当IALi的质量分数为3%时, 所制备的聚合物电解质膜的电导率最大可达到1.89×10-4 S/cm.