PEO-LiClO4-ZSM5复合聚合物电解质 I. 电化学研究

首次以“择形”分子筛ZSM5为填料, 通过溶液浇铸法制得PEO-LiClO₄-ZSM5全固态复合聚合物电解质(CPE)膜. 交流阻抗实验表明ZSM5的引入可以显著地提高CPE的离子电导率. 利用交流阻抗-稳态电流相结合的方法对CPE的锂离子迁移数进行了测定, 结果表明掺入ZSM5后锂离子迁移数明显升高. ZSM5的含量为10%时, CPE同时具有最高离子电导率1.4×10^－5 S•cm^－1(25 ℃)和最大锂离子迁移数0.353. PEO-LiClO₄-ZSM5/Li电极界面稳定性实验表明PEO-LiClO₄-ZSM5复合聚合物电解质在全固态锂离子电池领域具有良好的应用前景.     

PEO-LiClO_4-ZSM5复合聚合物电解质II.ZSM-5对离子电导率的影响

通过XRD ,DSC ,FT IR和SEM等方法对PEO LiClO4 ZSM5复合电解质进行了研究 ,结果表明ZSM 5可以有效地降低PEO LiClO4 ZSM5复合电解质中PEO的结晶度和玻璃化温度 ,从而提高其低温区域的离子电导率 .温度高于PEO的结晶熔融温度后 ,复合电解质离子电导率的提高则是由于在ZSM 5表面形成了有利于Li离子迁移的导电通道所引起的 .较高的离子电导率和较宽的电化学稳定窗口表明PEO LiClO4 ZSM5复合电解质在全固态锂离子二次电池领域具有良好的应用前景 .     

以PEO为基质的离子及质子导电聚合物电解质

本文以PEO-LiClO₄为基质,在其中加入适量的纳米氧化锌及氧化锡,制备PEO-LiClO₄-ZnO及PEO-LiClO₄-SnO₂离子导电聚合物电解质膜,测定了复合电解质膜的电导率,并探讨了纳米粒子与PEO链的相互作用,提出复合电解质膜的电导率提高的主要影响因素。本文还合成以PEO为基质的PEO-12-钨硅酸质子导电聚合物电解质膜,讨论12-钨硅酸的加入对PEO的构型及Keggin离子的影响并分析PEO-12-钨硅     

PEO-LiClO4-ZSM-5复合聚合物电解质——ZSM-5对锂离子选择通过的影响

通过溶液浇铸法制得了一系列以不同分子筛和蒙脱土为填料的PEO基复合聚合物电解质,利用交流阻抗-稳态电流方法研究了填料对复合聚合物电解质锂离子迁移数(TLi+)的影响.实验结果表明,所有填料都有利于同时提高复合聚合物电解质的TLi+和离子电导率,但以Li-ZSM-5为填料时TLi+最高,这是因为ZSM-5的特殊二维孔道结构有利于阳离子Li+的进入,而排斥阴离子ClO4-的通过.较高的TLi+和室温离子电导率说明PEO-LiClO4-ZSM-5有可能作为全固态锂离子聚合物电池的电解质材料.     

纳米复合全固态聚膦腈电解质

为了进一步提高聚合物电解质的室温离子电导率和锂离子的迁移数,通过对纳米二氧化硅的表面修饰,并采用可聚合的带氧化乙烯-氧化丙烯共聚侧链取代的聚膦腈大单体制备了纳米复合的全固态电解质.通过X射线光电子能谱,扫描电镜,差热扫描分析对纳米复合电解质的性能和形貌进行了分析,并通过交流阻抗考察了电解质与电极间的界面稳定性,用循环伏安表征了电解质的电化学稳定窗口,考察了锂盐含量对电解质离子电导率的影响,测试了电解质的离子电导率随温度的关系,并对锂离子的迁移数进行了测定.研究结果表明,通过纳米复合的方法,提高了聚合物电解质的离子电导率,降低了界面电阻,提高了锂离子迁移率.     

P(VdF-HFP)-基离子液体复合聚合物电解质的阴极稳定性及热稳定性

以聚偏氟乙烯-六氟丙烯P(VdF-HFP)聚合物为基体, 制备了含离子液体1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐(EMIPF6)、用于锂离子电池的离子液体复合聚合物电解质[P(VdF-HFP)/LiPF₆/EMIPF₆/EC(碳酸乙烯酯)-PC(碳酸丙烯酯)]. 采用热重分析法以及燃烧实验测试了复合聚合物电解质的热稳定性. 离子电导率测试表明, 离子液体的存在显著改善了复合聚合物电解质的离子传输; 循环伏安测试表明, 添加剂EC和PC的加入提高了复合电解质的阴极稳定性, 制得的离子液体复合聚合物电解质在0.3-4.3 V 电压范围内稳定存在. Li₄Ti₅O₁₂ 和LiCoO₂为电极材料、P(VdF-HFP)/LiPF₆/EMIPF₆/EC-PC 为电解质的半电池表现出优良的循环性能, 0.1C充放电倍率下, Li/LiCoO₂和Li/Li₄Ti₅O₁₂半电池的可逆容量分别为130和144 mAh·g^-1. 但EC、PC在一定程度上降低了离子液体复合聚合物电解质的热稳定性.     

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。     

新型氧离子导体La2Mo1.8Ga0.2O9陶瓷的合成及其电性能

通过高温固相合成法首次合成了La₂Mo_1.8Ga_0.2O₉陶瓷样品. 粉末XRD结果表明, 该样品为单一立方相La₂Mo₂O₉结构. 以陶瓷样品为固体电解质、多孔性铂为电极, 采用交流阻抗谱、气体浓差电池、氧泵等方法研究了样品在600～1000 ℃下各种气氛中的离子导电特性. 结果表明, 氧浓差电池电动势的实测值与理论值吻合得很好, 氧离子迁移数为1, 表明该陶瓷样品在该温度下氧气气氛中为一纯氧离子导体; 氧泵(氧的电化学透过)实验结果进一步证实了该样品在氧气气氛中为一纯氧离子导体; 在氧分压p(O₂)＝10^－5～10⁵ Pa的高氧分压气氛中, 电导率与氧分压变化基本无关, 表明在该氧分压范围内样品为纯离子导体, 这与氧浓差电池电动势测定结果相吻合; 在低氧分压为10^－5～10^－15 Pa范围内, 总电导率随氧分压降低而稍有升高, 表明在该氧分压范围样品为氧离子与电子的混合导体; 在600～1000 ℃下氧离子电导率＞10^－2 S•cm^－1, 显著高于母体La₂Mo₂O₉的氧离子电导率, 1000 ℃时的氧离子电导率为0.07 S•cm^－1.     

新型氧离子导体La2Mo1.8Ga0.2O9陶瓷的合成及其电性能

通过高温固相合成法首次合成了La₂Mo_1.8Ga_0.2O₉陶瓷样品. 粉末XRD结果表明, 该样品为单一立方相La₂Mo₂O₉结构. 以陶瓷样品为固体电解质、多孔性铂为电极, 采用交流阻抗谱、气体浓差电池、氧泵等方法研究了样品在600～1000 ℃下各种气氛中的离子导电特性. 结果表明, 氧浓差电池电动势的实测值与理论值吻合得很好, 氧离子迁移数为1, 表明该陶瓷样品在该温度下氧气气氛中为一纯氧离子导体; 氧泵(氧的电化学透过)实验结果进一步证实了该样品在氧气气氛中为一纯氧离子导体; 在氧分压p(O₂)＝10^－5～10⁵ Pa的高氧分压气氛中, 电导率与氧分压变化基本无关, 表明在该氧分压范围内样品为纯离子导体, 这与氧浓差电池电动势测定结果相吻合; 在低氧分压为10^－5～10^－15 Pa范围内, 总电导率随氧分压降低而稍有升高, 表明在该氧分压范围样品为氧离子与电子的混合导体; 在600～1000 ℃下氧离子电导率＞10^－2 S•cm^－1, 显著高于母体La₂Mo₂O₉的氧离子电导率, 1000 ℃时的氧离子电导率为0.07 S•cm^－1.     

含锂沸石Li-FER提高PEO复合聚合物电解质电导率

通过离子交换方法使锂部分取代了镁碱沸石（FER）孔道壁上羟基中的氢，制得含锂沸石Li-FER. 将这种沸石作为无机填料加入到PEO/LiClO₄聚合物电解质中，可以使其室温电导率提高三个数量级以上. 电化学测量表明， 锂离子与PEO和含锂沸石中氧的相互作用提高了聚合物电解质中锂离子的迁移数. 另一方面， 采用XRD, DSC, PLM等方法研究了电解质的结晶状况.结果表明, Li-FER可以作为PEO链段结晶的成核剂，使PEO电解质的晶粒得到细化， 结晶度降低，为Li⁺的传输提供了更多的非晶区通道. 这是Li-FER的加入促使PEO聚合物电解质电导率提高的两个主要原因.     

含硅氢键聚二硅氧烷/聚醚共混聚合物电解质 I. 离子电导率研究

首次采用新型有机硅聚合物——侧链含一半硅氢键的羟基封端聚二硅氧烷(PSEMH)与聚氧乙烯醚(PEO)作为基质, 通过溶液浇铸法制备了PEO-PSEMH-LiClO4全固态共混聚合物电解质膜. 交流阻抗谱实验测定结果表明PSEMH与PEO共混作为聚合物电解质的基质可以显著提高共混聚合物电解质的离子电导率. PSEMH含量为25%, O/Li＋为12∶1时, 共混聚合物电解质具有最大离子电导率2.7×10－5 S•cm－1 (28 ℃). PSEMH的引入一方面可以显著地抑制PEO的结晶性能, 另一方面PSEMH分子链节中的二硅醚氧原子与Li＋间具有配位作用, 且参与了共混聚合物电解质锂离子迁移运动.     

BaCe0.7Zr0.2La0.1O3-α陶瓷的制备和导电性

以高温固相反应法合成了BaCe_0.7Zr_0.2La_0.1O_3-α陶瓷。粉末XRD结果表明,该陶瓷材料为单一钙钛矿型BaCeO₃斜方晶结构。以陶瓷材料为固体电解质、多孔性铂为电极,采用交流阻抗谱技术和气体浓差电池方法分别测定了材料在500～900 ℃下,干燥空气、湿润空气和湿润氢气中的电导率以及离子迁移数,研究了材料的离子导电特性。结果表明,在500～900 ℃下干燥空气中,陶瓷材料的最大电导率为1.8 mS·cm^-1,氧离子迁移数为0.14～0.04,是一个氧离子与电子空穴的混合导体。在湿润空气中,陶瓷材料的最大电导率为2.0 mS·cm^-1,质子迁移数为0.48～0,氧离子迁移数为0.25～0.10,是质子、氧离子和电子空穴的混合导体。在湿润氢气中,陶瓷材料的最大电导率为3.6 mS·cm^-1。在500～700 ℃温度范围内,陶瓷材料的质子迁移数为1,是纯的质子导体;而在800～900 ℃温度范围内,陶瓷材料的质子迁移数为0.93～0.91,是质子与电子的混合导体,质子电导占主导。     

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.     

锂离子电池用聚合物/无机复合固态电解质研究进展

全固态锂离子电池由于具有安全性高、能量密度高等优势,已成为未来锂离子电池发展的必经之路.作为全固态锂离子电池的核心部件,聚合物/无机复合固态电解质同时拥有无机固态电解质和固态聚合物电解质的许多优异性能,但其也面临着诸多挑战,包括室温离子电导率低于10-3S/cm和界面阻抗大等.本文综述了聚合物/无机复合固态电解质的聚合...     

P(VAc-MMA)为基体的聚合物电解质研究

以醋酸乙烯酯(VAc)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体, 采用半连续种子乳液聚合法制备了无规共聚物聚(醋酸乙烯酯-甲基丙烯酸甲酯)[P(VAc-MMA)], 并以此聚合物为基体制备了聚合物电解质. 用红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(¹H NMR)、扫描电镜(SEM)、差热/热重分析(DSC/TG)、X射线衍射(XRD)、机械性能测试和电化学交流阻抗等方法对聚合物和聚合物电解质的性质进行了研究. 测试结果表明: VAc和MMA聚合生成P(VAc-MMA); 聚合物膜含有大量微孔结构, 利于离子传输; 聚合物电解质膜具有优良的热稳定性和机械强度; 25 ℃下, 最高的离子电导率达到了1.27× 10^－3 S•cm^－1; 离子电导率随着温度的升高而迅速增加, 电导率-温度曲线符合Arrhenius方程.     

二维二氧化硅改性聚环氧乙烷基固态聚合物电解质用于增强锂离子电池性能

通过改性由酸蚀二维蛭石制备的二维二氧化硅,得到带正电荷的二维介孔二氧化硅(PSN⁺)纳米片,并将PSN⁺用作聚环氧乙烷(PEO)基固体聚合物电解质(SPEs)的填料。由于PSN⁺具有丰富的正电荷,PSN⁺与锂盐解离的阴离子能够有效结合,从而促进锂离子的运输,获得较好的锂离子转移数。在50 ℃时,基于PSN⁺的SPEs表现出较高的离子电导率(7.5×10^-5 S·cm^-1),锂离子迁移数为0.30,稳定电压窗为4.41 V。因此,组装后的LiFePO₄锂电池在50 ℃、0.2C下具有优异的初始放电比容量(155.7 mAh·g^-1),在循环100次后容量保持率为97.1%。     

无机纳米粒子在复合聚合物电解质中作用的研究进展

聚合物电解质材料已经成为当前锂离子电池研究领域的热点之一。复合化是有效提高聚合物电解质材料性能的有效手段。本文从纳米粒子掺杂的角度,综述了近年来无机纳米粒子对复合聚合物电解质(CPE)体系的离子电导率、锂离子迁移数的影响,并介绍了四种初步解释了无机纳米粒子在复合聚合物电解质中的作用的机理;讨论了无机纳米粒子对CPE体系/电极界面稳定及相容性的影响;提出了无机纳米粒子掺杂的复合聚合物电解质研究的三个热点方向。     

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.     

闭式十氢十硼酸盐的制备及其固体电解质应用研究进展

全固态电池是一种具有前景的电化学储能装置,它可以克服传统有机液体电解质电池的多方面不足,包括电解质易泄漏、稳定性低、易燃和能量密度有限等问题。固态电解质是全固态电池的重要组成部分,开发具有高离子电导率和宽电化学稳定性窗口的固体电解质是研制高能量和高功率密度全固态电池的关键问题之一。硼氢化物基固态电解质作为一类新型电解质,因具有高离子电导率、高热稳定性和低密度等优势而受到了广泛关注。其中,闭式十氢十硼酸碱金属盐是代表性材料之一。自1959年B₁₀H₁₀^2-被发现以来,其合成方法、结构与应用开发都得到了广泛研究。近年来其在固态电解质方面的研究证实,M₂B₁₀H₁₀（M=Na、Li等）及其衍生物具有高离子电导率、高热稳定性和化学稳定性、高电位窗口等特性,是一类颇具前景的固态电解质材料。本文主要综述了B₁₀H₁₀^2-合成方法及其在固态电解质方面的应用研究进展,并对今后B₁₀H₁₀^2-作为固态电解质的发展方向提出了展望。     

PEO-LiClO4-ZSM5复合聚合物电解质Ⅱ.ZSM-5对离子电导率的影响

通过XRD,DSC,FT-IR和SEM等方法对PEO-LiClO₄-ZSM5复合电解质进行了研究,结果表明ZSM-5可以有效地降低PEO-LiClO₄-ZSM5复合电解质中PEO的结晶度和玻璃化温度,从而提高其低温区域的离子电导率.温度高于PEO的结晶熔融温度后,复合电解质离子电导率的提高则是由于在ZSM-5表面形成了有利于Li离子迁移的导电通道所引起的.较高的离子电导率和较宽的电化学稳定窗口表明PEO-LiClO₄-ZSM5复合电解质在全固态锂离子二次电池领域具有良好的应用前景.