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。     

锂金属电池用三维半互穿网络聚合物电解质的制备

锂金属电池作为下一代高比能量电池技术受到人们越来越广泛的关注。然而由锂枝晶生长引发的安全问题是锂金属电池商业化面临的最大挑战之一。具有高锂离子迁移数和离子电导率的聚合物电解质是抑制锂枝晶生长的重要策略之一。本文将季戊四醇四丙烯酸酯和自由基引发剂AIBN添加至商业化电解液中,采用具有单离子传导功能的多孔聚合物电解质为锂金属电池的电解质隔膜,通过在电池内部发生热诱导原位聚合制备三维半互穿网络单离子传导聚合物电解质,达到提高电解质隔膜离子电导率和机械拉伸性能,以及有效抑制锂枝晶生长的目的。通过该策略的实施,成功获得了室温离子电导率0.53 mS·cm^-1和锂离子迁移数0.65的良好结果。应用于锂金属电池,证明该电解质能够有效抑制锂枝晶的生长和倍率性能的提高,为锂金属电池的开发提供了良好的解决路径。     

一种双锂盐梳状聚合物电解质的制备及电化学性能

将聚乙二醇单甲醚(MPEG)接枝在聚(异丁烯-alt-马来酸酐)(PIAMA)上合成梳状锂单离子导体PIAMA-g-MPEG, 并与双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)复合制成双锂盐梳状聚合物电解质薄膜. 用核磁共振波谱 (¹H NMR)、 热重分析(TG)、 扫描电子显微镜(SEM)、 电化学阻抗(EIS)和电池充放电测试等方法对聚合物基体和电解质的物化性质和电化学性能进行了研究.结果表明, 设计的双锂盐梳状聚合物电解质能够有效解离并传输锂离子, 70 ℃下离子迁移数(t_Li⁺)为0.32, 离子电导率(σ)为1.5×10^-4 S/cm, 电化学稳定窗口为0~4.9 V (vs. Li/Li⁺). 组装Li|PIAMA-g-MPEG|Li电池并进行70 ℃恒电流充放电电压极化测试, 结果表明, 电解质与金属锂负极兼容性较好, 能够有效抑制锂枝晶的生长.组装LiFePO₄|PIAMA-g-MPEG|Li电池进行70 ℃长循环及倍率性能测试, 电解质表现出了优异的高温性能.     

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.     

增塑聚合物电解质电化学性能

以GBL/EC复配体系为增塑剂, PVDF HFP和PMMA为聚合物基体制备胶态聚合物电解质. 研究聚合物电解质的离子传输特性和电化学稳定性. 实验表明,室温离子电导率达到 1. 2mS·cm-1, 电化学稳定窗口在 4. 5V以上. 以GBL/EC增塑聚合物电解质与表面经修饰的锂金属电极组成锂金属聚合物电池,其电极稳定性较好,充放电循环寿命得到很大的提高.     

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%。     

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%。     

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。     

有机硼酸锂盐及亚硫酸酯类功能电解质材料

随着锂离子电池对高安全性、高容量、高功率等性能的技术需求,新型功能电解质材料的研究开发成为锂离子电池新材料领域研发工作的重点.本文对面向锂离子电池应用的功能电解质材料锂盐和添加剂的最新研究进展作了较为全面的阐述,其中重点介绍了本研究团队近年来在面向改善锂离子电池安全性能、提高其温度适应性、增强电解质与电极材料相容特性等...     

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.     

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.     

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.     

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     

Electrochemical Performance of Solid Polymer Electrolyte PEO_(20)-LiTf-Urea_(1.5)

A new solid polymer electrolyte PEO20-LiTf-Urea1.5 was prepared by solution casting technique. The energy of frontier orbitals for the components of the electrolyte was predicted by quantum chemistry calculations, and TG stability and electrochemical features were measured. Urea exhibited a lower HOMO energy than PEO, implying its enhanced stability against electrochemical oxidation. Experimentally addition of urea increases the ionic conductivity, which guarantees conductivity requirement for lithium ion b...     

现场热引发聚丙烯酸酯类电解质的性能及应用

应用热引发现场聚合方法制备聚丙烯酸酯类电解质,并考察其电化学性能.实验表明:该聚合物电解质具有 4. 5V的电化学稳定窗口,较高的室温电导率及良好的低温性能.当前驱体电解液中液态电解质含量为 85%时,其室温电导率为 3. 2×10-3S·cm-1, -30℃下的电导率达到 5. 6×10-4 S·cm-1.采用现场聚合技术制备的聚合物电池,其电化学性能与液态锂离子电池基本一致,首次充放电效率为 92. 1%, 1. 0C率放电容量为 0. 2C率的 95%, -20℃下的放电容量为室温容量的 72%,以 0. 5C率循环 300周后,仍保持初始容量的 85%以上.     

Electrochemical Performance of PEO10LiX-Li2TiO3 Composite Polymer Electrolytes

Introduction Recently, polymer electrolytes have attracted much attention for their potential use in replacing flammable organic solvent electrolytes currently used in lith-ium-ion batteries, thus improving the safety of re-chargeable lithium batteries. Moreover, the batteries with PE can be made in any shape, which make fully use of the space of electronic devices. PEO is a linear polymer with helix structure, and its structure makes it have much higher dissolution ability for salt even tho…     

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.     

纳米SiO2复合的梳状聚醚聚合物电解质的导电性能研究

于含锂盐的梳状聚醚聚合物电解质添加纳米S iO2制备复合聚合物电解质.并分别使用DSC和XRD研究S iO2对聚合物链段运动能力的影响.电导率测试表明,在相同的锂盐浓度下,加入5%的纳米S iO2后,聚合物电解质具有最高的离子电导率,30℃时为7.8×10-5S/cm,80℃时达到4.5×10-4S/cm.与未添加S iO2的聚合物电解质相比,电导率提高了30%~60%.TGA测定给出该聚合物的热分解温度为300℃左右,显示出良好的安全性能.