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。     

锂电池用固态电解质研究进展

固态锂电池因展现出高的安全性、高的能量密度和长循环寿命而成为备受期待的能量存贮装置。作为固态锂电池的重要组成部分,固态电解质的发展仍然制约着固态锂电池的商业化进程。目前,固态电解质仍然面临室温离子电导率较低,电解质与电极之间界面较差等问题。本文综述了近两年来性质较为优越的固态锂电池电解质的研究状况,包括固态聚合物电解质、无机氧化物电解质以及无机硫化物电解质。归纳了这些性能优良的固态电解质的主要特点,以此提出未来固态电解质可能的发展方向。     

全固态薄膜锂离子电池

本文介绍了聚合物薄膜锂电池以及全固态无机薄膜锂电池,主要对全固态无机薄膜锂电池的发展过程以及其阴极材料、阳极材料、无机固态电解质的性能和制备技术进行了综述;同时介绍了全固态薄膜锂电池结构的研究,并提出了全固态薄膜锂电池现阶段研究存在的问题以及一些解决办法.     

锂离子电池凝胶聚合物电解质改性的研究现状

从目前凝胶聚合物电解质的研究现状及问题出发,重点介绍了两种改性凝胶聚合物电解质的方法。无机纳米粒子复合凝胶聚合物电解质能够降低结晶型聚合物的结晶度,提高其离子电导率,改善其力学性能和稳定性;多孔凝胶聚合物电解质能够实现在较宽的温度范围内能保持较高的离子电导率和较好的机械强度及尺寸稳定性。最后,对凝胶聚合物电解质的改性研究方向作出了展望。     

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。     

聚合物固态电解质–高电压正极界面稳定性研究进展

聚合物固态电解质相比于液态电解质表现出更良好的热稳定性,并且对比无机固态电解质具有机械性能好、耐候性好和易加工成型等特点,因此在下一代高能量密度储能装置中极具应用潜能.然而,固态电解质与正负极材料之间的界面稳定性问题阻碍了其实际应用.本文总结了锂离子聚合物固态电解质的关键特性,讨论了聚合物固态电解质与高电压正极的普遍界面问题,包括界面接触不良与界面不稳定问题.分析了导致高电压富镍氧化物正极材料与聚合物固态电解质严重界面问题的主要因素,针对相关因素总结了缓解界面问题的有效策略,并展望了未来聚合物固态电解质与富镍层状氧化物的界面性能提升的研究方向,为基于聚合物固态电解质与高电压正极材料固态锂电池的研究提供参考.     

聚碳酸酯基固态聚合物电解质的研究进展

液态锂离子电池由于采用易泄露、易挥发、易燃烧的碳酸酯有机溶剂,在高温或极端条件下使用时,存在极大的安全隐患.使用固态电解质替代液态电解液,可以从根本上避免此类安全问题的发生,与此同时还可以大幅度提升固态锂电池的能量密度.固态电解质又分为无机固态电解质和聚合物固态电解质2大类.无机固态电解质能够在宽的温度范围内保持化学稳定性,并且电化学窗口较宽,机械强度更高,室温离子电导率较高,但脆性较大,柔韧性差,制备工艺复杂,成本较高.聚合物固态电解质,室温离子电导率偏低,难以满足室温锂离子电池的应用,但其加工成型容易,形状可变.比较而言,固态聚合物电解质,更适宜大规模生产,离产业化相对更近.固态聚合物电解质中研究较多的是聚醚基固态聚合物电解质(如聚环氧乙烷和聚环氧丙烷),但其缺点是室温离子电导率低,需要对其改性或进一步开发综合性能更加优异的其他固态聚合物电解质.聚碳酸酯基固态聚合物电解质由于其特殊的分子结构(含有强极性碳酸酯基团)以及高介电常数,可以有效减弱阴阳离子间的相互作用,提高载流子数量,从而提高离子电导率,因此被认为是一类非常有前途的固态聚合物电解质体系.基于此,本文重点综述了最近研究热点的聚碳酸酯基固态聚合物电解质,包括聚(三亚甲基碳酸酯)体系、聚(碳酸丙烯酯)体系、聚(碳酸乙烯酯)体系和聚(碳酸亚乙烯酯)体系等,并详细阐述了上述每种聚碳酸酯基固态聚合物电解质的制备、电化学性能、优缺点及改性手段,归纳出其离子配位-解配位过程和离子扩散机制,还对聚碳酸酯基固态聚合物电解质的未来发展方向和研究趋势望进行了预测和展望.     

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。     

锂电池用嵌段共聚物电解质的研究进展

离子导体嵌段共聚物电解质作为一种固态锂电池导离子材料引起了人们的广泛关注。嵌段共聚物的自组装行为为设计微观尺寸有序结构提供了一种可能。这种有序纳米结构既保证聚合物电解质良好的机械性能,同时又拥有与其它聚合物电解质相当的离子电导率,为进一步组装高性能、易加工的锂电池器件提供了一种可能。本文综述了聚氧化乙烯型嵌段共聚物和单离子型嵌段共聚物,并总结了近期嵌段共聚物电解质的形貌影响离子电导率的实验研究结果,最后评述了嵌段共聚物电解质面临的挑战,并对未来研究进行了展望。     

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。     

锂电池中的凝胶聚合物电解质

锂电池目前在人们生活中已经得到广泛应用,但是传统的液体电解质沸点低且易泄漏,容易引起锂枝晶生长和安全问题。凝胶聚合物电解质(GPEs)的状态介于液态电解质和固态电解质之间,不仅可以作为电解质,还可以作为隔膜,这样可以减少液体电解质的泄漏以及改善固体电解质的界面电阻。本文综述了锂电池中制备不同类型的GPEs的方法,如溶液浇铸法、相转化法、原位聚合法、UV(紫外)固化法和静电纺丝法等,重点总结了不同纤维基的GPEs(聚(偏二氟乙烯)(PVDF)、聚(偏二氟乙烯-共六氟丙烯)(PVDF- HFP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)和聚间亚苯基间苯二甲酰胺(PMIA))在锂电池中的运用,并通过对不同基质的改性来改善电解质的离子电导率,阻碍锂枝晶的生长。最后,本文对锂电池中GPEs的未来发展前景进行了展望,讨论和提出的策略将为今后高性能锂电池的实际应用提供更多的途径。     

无机全固态锂离子电池界面性能研究进展

固体电解质不存在易燃等安全问题, 发展固态锂电池技术是解决液体电解质锂电池安全问题的根本途径. 随着社会对大体积锂离子电池需求的增长以及人们对电池的安全性关注度的日益提高, 发展固态锂离子电池已迫在眉睫. 制备性能良好的全固态锂电池的关键在于获得高室温离子导电率的固体电解质以及在电极与电解质之间形成良好的接触面. 大量的研究集中在制备高室温导电率的固体电解质, 目前已经制备出能与液体电解质相媲美的高室温导电率的固体电解质, 但固态锂电池的高倍率性能仍然较差, 原因是在电极与固体电解质的界面处具有较高的阻抗. 关于固态锂电池电极与电解质界面的研究文章相对较少. 本文简要介绍了一些具有高室温导电率的氧化物及硫化物电解质, 着重分析了全固态锂电池电极与电解质界面处具有高阻抗的原因以及减少界面阻抗的界面改性方法.     

固态电池无机固态电解质/电极界面的研究进展

全固态锂电池有望较好地提高电池安全性并实现高的能量密度,因此已成为二次锂电池发展的一个重要方向.发展具有高锂离子电导率、低电解质/电极界面阻抗及有较好应变性的固态电解质材料是全固态电池研究的重要研究课题.如何有效构筑电解质/电极界面,提高界面稳定性并显著降低界面阻抗又是其中的难点之一.本文综述了近年来国际上比较关注的两种无机固体电解质——硫化物与石榴石(garnet)型氧化物的最新研究进展,重点对这两类固体电解质与正负极材料的界面特性进行总结与评述.     

基于聚乙二醇接枝丙烯酸树酯光固化电解质的制备及性能研究

聚氧化乙烯(PEO)(聚乙二醇(PEG))和丙烯酸树脂在聚合物基电解质中具有很好的应用,本文通过紫外光引发单/双官能度的聚乙二醇接枝丙烯酸树脂单体聚合构建了离子电导率高、易于封装,可避免电解质泄漏的准固态聚合物电解质.通过调控聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDA)和甲氧基聚乙二醇单甲基丙烯酸酯(PEGMA)2种单体的比例以及锂盐溶液的含量,成功制备出具有高离电导率的准固态聚合物电解质.采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR),电化学工作站对PEGMA/PEGDA基聚合物电解质进行表征,研究各组分比例对电解质的电化学性能影响.当PEGMA/PEGDA单体比例为75/25,锂盐溶液的占比为75%时,形成的薄膜状态电解质表现出1.96×10^?3 S·cm^?1的高离子电导率,较原始配比提高了14倍.将制备的电解质应用于电致变色器件,在580个变色循环后,器件依然可以实现稳定快速的颜色切换,2种颜色变换时间均在3 s以内,本文中研究的聚醚接枝丙烯酸树酯基电解质材料在电致变色器件中有较好的应用前景.     

基于聚乙二醇接枝丙烯酸树酯光固化电解质的制备及性能研究

聚氧化乙烯(PEO)(聚乙二醇(PEG))和丙烯酸树脂在聚合物基电解质中具有很好的应用,本文通过紫外光引发单/双官能度的聚乙二醇接枝丙烯酸树脂单体聚合构建了离子电导率高、易于封装,可避免电解质泄漏的准固态聚合物电解质.通过调控聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDA)和甲氧基聚乙二醇单甲基丙烯酸酯(PEGMA) 2种单体的比例以及锂盐溶液的含量,成功制备出具有高离电导率的准固态聚合物电解质.采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR),电化学工作站对PEGMA/PEGDA基聚合物电解质进行表征,研究各组分比例对电解质的电化学性能影响.当PEGMA/PEGDA单体比例为75/25,锂盐溶液的占比为75%时,形成的薄膜状态电解质表现出1.96×10~(-3)S·cm~(-1)的高离子电导率,较原始配比提高了14倍.将制备的电解质应用于电致变色器件,在580个变色循环后,器件依然可以实现稳定快速的颜色切换,2种颜色变换时间均在3 s以内,本文中研究的聚醚接枝丙烯酸树酯基电解质材料在电致变色器件中有较好的应用前景.     

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。     

可拉伸聚合物基复合固体电解质研究进展

未来可穿戴电子器件和系统需要柔性电池提供致密、 安全且可靠的电能源保障. 发展兼具可拉伸性和高离子电导率的固体电解质技术是实现全固态锂电池柔性化, 进而满足上述要求的关键之一. 本文综合评述了提升聚合物基复合固体电解质离子传导性能的主要机制和研究进展, 分析了在不同尺度下解耦离子传导和力学承载功能, 进而在弯折、 拉伸等形变工况下维持离子传导性能稳定的策略, 介绍了有助于推动可拉伸聚合物基复合固体电解质研究的几类先进表征技术, 并展望了未来研究工作的重点方向.     

原子转移自由基聚合在锂电池用聚合物电解质设计中的应用

聚合物电解质(PE)由于具有无液体渗漏、界面相容性好、热和化学稳定，制备工艺简单等优点，成为下一代高能量密度锂电池用电解质的最佳候选。然而，没有任何一种聚合物能同时满足锂电池用PE对于力学性能和电化学性能的要求，因此人们通过共混、交联等手段来对PE基体的成分和结构进行改性，以期提升PE的综合性能。通过传统的自由基聚合方法得到的PE基体的成分和结构不易控制，阻碍了PE的理论和改进研究。原子转移自由基聚合(ATRP)技术通过活性种和休眠种之间的可逆平衡使自由基维持在较低浓度，可以实现PE上接枝的支链分子量的调控和精细结构的设计，为制备力学性能和电化学性能相协调的PE提供了有效途径。而且，由于ATRP引发基团的可设计性，在PE无机填料的改性和界面性能的优化上均具有突出的优势，对于聚合物基纳米复合聚合物电解质膜的锂电池综合性能提升具有重要意义。本文综述了ATRP技术在PE的基体制备、填料改性及界面优化中的应用，并对其未来发展方向做出了展望。     

复合型聚合物电解质的研究进展

综述了通过物理改性的方法制成的复合型聚合物电解质（ＣＰＥ）的研究进展,并介绍了ＣＰＥ薄膜的制备工艺,以及ＣＰＥ应用在聚合物二次锂电池中的最新成果。     

阳离子丙烯酸树脂乳液涂饰剂的合成研究

以丙烯酸二乙氨基乙酯及其它丙烯酸酯类、乙烯基类单体作为共聚单体,以过醋酸-双氧水为引发体系,采用核-壳乳液共聚方法,对阳离子丙烯酸树脂的合成进行了研究,结果表明;引发剂体系和乳化剂体系对乳液的性能、乳胶粒的形态结构、聚合物的性能以及工艺过程的平稳性至关重要。该项研究为阳离子丙烯酸系聚合物在制革业中的广泛应用奠定了基础。