单离子导体型聚合物电解质的研究进展

研发一种具有高能量密度、更长循环寿命和更高安全性的固态锂电池,是近几年为下一代电池设定的主要目标之一。传统液态电解质存在易燃、易泄露等缺陷,限制了其在锂离子电池中的应用。聚合物电解质具有更高的安全性能,兼具高可加工性、高柔韧性、低可燃性以及宽电化学窗口等优势,有望替代液态电解质,并在下一代高能量密度储能装置中极具应用潜能。与传统双离子导体聚合物电解质(DICPEs)相比,单离子导体型聚合物电解质(SICPEs)具有高的离子迁移数(tLi+接近1),可有效避免浓差极化的形成,抑制锂枝晶生长。文中总结了近几年SICPEs体系的研究进展,梳理了合成方法、分子结构设计,分析了当前单离子导体体系的主要挑战,并对未来该领域的发展方向进行了展望,为锂离子电池用单离子导体的研究提供技术创新方面的启发。

聚合物基电解质在低温固态锂电池中的应用与挑战

由于其良好的柔韧性、与电极兼容性好、易加工等特点,聚合物基电解质在固态锂电池中极具应用前景。聚合物基固态电池可在室温下稳定工作,在低温下(≤0℃),聚合物电解质离子电导率的降低和缓慢的锂离子传输动力学导致电池极化增大,放电容量急剧衰减,且低温下枝晶生长更加严重,极大限制了固态电池在低温环境中的应用。本文通过对近期相关文献进行探讨,首先介绍了聚合物基电解质在低温下应用面临的挑战和局限,接着阐述了聚合物基电解质的离子传导机制,通过实例重点阐述了低温聚合物基电解质的设计策略及应用,包括添加无机/有机填料、引入液体塑化剂、分子结构工程等优化聚合物基电解质体相离子传导的方法,以及原位聚合和构建良好的固体电解质界面/正极电解质界面等优化聚合物基电解质和电极间界面离子传输的方法。最后,评估并展望了低温聚合物基电解质的传输机制、设计原则、制备方法的不足及创新。本文有望促进聚合物基电解质及其固态锂电池在低温下的应用。

Li-SGO掺杂半互穿网络型多孔单离子传导聚合物复合电解质的制备

本文成功制备了磺酸锂功能化石墨烯,通过原位聚合方式成功将其添加到单离子传导聚合物电解质中制备出磺酸锂功能化石墨烯改性半互穿网络型多孔单离子传导聚合物复合电解质。与未掺杂磺酸锂功能化石墨烯半互穿网络型多孔单离子传导聚合物电解质相比,该电解质具有更高的孔隙率、吸液率、机械拉伸强度和离子电导率。电化学测试结果表明,掺杂磺酸锂功能化石墨烯后,单离子传导聚合物电解质表现出与电极界面更好的相容性,组装的Li|LiFePO_(4)锂离子电池表现出良好的循环性能和更高的倍率性能。对氧化石墨烯磺酸锂功能化可应用于对单离子传导聚合物电解质的改性,有助于提升单离子传导聚合物电解质的综合性能,获得更高的电池性能。

导电聚合物电解质隔膜PEO/LiPCSI的制备及性能研究

以对苯乙烯磺酸钠为原料,通过酰化、氨解、离子交换和聚合反应制得单离子导体聚[(对苯乙烯磺酰)(氰基)亚胺锂](LiPCSI),以聚氧化乙烯(PEO)为聚合物基质,通过溶液浇铸法制备了导电聚合物电解质隔膜PEO/LiPCSI。采用傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振波谱仪对LiPCSI的结构进行分析,采用扫描电子显微镜、热重分析仪和电化学工作站对电解质隔膜性能进行了表征。结果表明,氧锂摩尔比(EO/Li^(+))不同的电解质隔膜均具有良好的热稳定性,其中EO/Li^(+)=10的电解质隔膜电化学性能最优,其离子电导率为2.99×10^(-5)S/cm,锂离子迁移数接近于1(锂离子迁移数tLi^(+)=0.94),电化学稳定窗口达到4.77V。

固态单离子聚合物电解质的研究进展

综述了用于锂金属聚合物电池中固态单离子聚合物电解质的研究进展,从均聚、共聚、共混、杂原子链及单阴离子型聚合物电解质等方面对不同体系的组成与性质进行了概述,并对该类电解质的发展趋势进行了分析。

无定形聚合物电解质的离子传导

《无定形聚合物电解质的离子传导》一文描绘了无定形聚合物电解质中离子传导的一般图像,并阐明了离子电导与温度、压力、食盐浓度、分子量、粘滞系数等的关系,是对物质的微观认识,令人“洞幽见微”。

侧挂聚醚和烷基磺酸锂的单离子梳状聚合物电解质的合成与性能

采用α 烯丙基聚醚(UPEO)/烯丙基磺酸锂(LS)/苯乙烯(St)共聚反应,合成得到一种以聚烯烃链为主链、侧挂聚醚和烷基磺酸锂的新型单离子梳状聚合物电解质(CPPL)。通过元素分析、IR、GPC以及DSC等对其结构与形态进行了分析表征。研究了反应物料配比、催化剂、反应时间等因素对CPPL物理性能的影响。研究结果表明:该类聚合物电解质膜材料的θg值和成膜性能主要取决于单体原料配比,CPPL室温电导率可达9.3×10-3s/cm。

单离子固态聚合物锂离子电解质膜的研究

将锂化后的Nafion树脂与聚乙二醇二甲醚按不同比例共混涂膜,制备得到新的固态单一离子聚合物锂离子电解质膜,并对该电解质膜的热化学稳定性,机械强度,微观形貌以及电化学性能等进行了测试和分析。TGA测试表明该电解质膜在250℃以下具有较好的热稳定性;拉伸强度最大可达到4.25 MPa;当EO/Li+为20时,电解质膜的锂离子电导率可分别达到2.16×10-5 S/cm(40℃)和4.26×10-4S/cm(100℃);此外,该电解质膜的锂离子迁移数大于0.9,接近于单一锂离子导体。所制备的电解质膜有望在中高温锂电池中得到应用。

单离子导体聚合物电解质研究进展

聚合物电解质能够避免传统液态电解液漏液的隐患,抑制锂枝晶的生长,提高电池的安全性能。单离子导体是一类锂离子迁移数接近1的聚合物电解质,能有效避免阴离子移动产生浓差极化,降低内部阻抗,从而提高锂电池的容量以及循环性能,成为近年来聚合物电解质的研究热点。本文综述了单离子导体聚合物电解质的研究进展,尤其关注离子电导率和锂离子迁移数较高的体系,并探讨了单离子导体聚合物电解质所面临的挑战以及发展前景。

单锂离子聚合物固态电解质的制备及高温电化学性能研究

以聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMEM)为PEO基体,通过自由基聚合反应接枝2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)单体,并用氢氧化锂溶液进行锂化反应,最后得PEGMEM-co-AMPS-Li单离子聚合物固态电解质。PEGMEM为锂离子提供迁移路径,接枝单体AMPS可有效抑制PEGMEM中氧乙烯(EO)链段的结晶,同时将锂离子引入到共聚物中形成单离子电解质。该电解质具有良好的锂离子迁移数和电化学窗口,且与正负电极接触表现出良好的界面相容性,展现了高性能单离子聚合物电解质在提升锂离子电池安全性及倍率循环稳定性上潜在的应用价值。

单离子导电聚合物电解质膜的制备及电化学性能研究

以对苯乙烯磺酸钠为原料,通过一系列反应合成了单离子导体聚(对苯乙烯磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiPSTFSI),将其与PEO按不同EO/Li^(+)共混,制备单离子导电聚合物电解质膜。研究表明,PEO/LiPSTFSI电解质膜在270℃下具有良好的热稳定性;在60℃时,EO/Li^(+)=16的电解质膜的离子电导率达到1.94×10^(-5)S/cm,且锂离子迁移数>0.85,接近于锂单离子导体;同时电解质膜表现出较好的电化学稳定性和界面性能。

增塑型锂离子电池聚合物电解质

从组成聚合物电解质的聚合物基材和电解液两方面进行分析,介绍了最近几年凝胶型、微孔型和复合型聚合物电解质的研究现状,比较了它们的制备方法、性能和特点,探讨了锂盐、增塑剂、离子液体和单离子导体等对聚合物电解质性能的影响,并简要评述了聚合物锂离子电池未来发展的前景趋势。

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。

锂离子电池单离子导体聚合物电解质研究进展

锂离子电池在3C电子产品和动力汽车电池行业广泛应用,在航天电源领域也展现出一定的前景。单离子导体是基本仅由参与电化学反应的锂离子迁移的电解质体系,解决传统锂离子电池液态电解质存在的副反应和阴离子的浓差极化等问题,改善电池的库伦效率和循环寿命。研究者们发展了多种类型的单离子导体电解质。本文总结了近5年来不同阴离子类型的单离子导体聚合物电解质合成策略以及分子动力学模拟计算的最新进展。

聚合物电解质离子电导率的影响因素

聚合物电解质具有质轻、粘弹性好、优良的安全性能和加工性能等许多无机电解质和有机溶剂电解质所不可比拟的优点,在微型移动电源领域有着广泛的应用前景。但由于室温电导率低,应用受到限制。综述了聚合物电解质的离子传导机制以及室温电导率的影响因素。

交联型全氟磺酸锂盐全固态聚合物电解质的合成及其性能研究

新能源存储与转换技术的开发与利用是全球关注的热点问题,也是实现“双碳”目标的重要途径。锂离子电池具有高工作电压、高能量密度、环保等优点,是减少碳排放的有效途径。与凝胶聚合物电解质相比,锂单离子全固态聚合物电解质(single lithium-ion conducting all-solid-state polymer electrolytes,SLIC ASPEs)在安全性、稳定性、电池效率等方面具有明显优势。为了探索新型SLIC ASPEs合成的新途径,以甲基丙烯酰氯、对溴苯酚和2(2碘四氟乙氧基)四氟乙基磺酰氟为初始原料,通过亲核取代反应和乌尔曼反应,合成了一种含全氟磺酸锂的新型甲基丙烯酯单体(MA PSF Li),通过自由基共聚合反应得到新型交联型SLIC ASPEs(PMAPEO co PMA PSF Li x,x为单体MA PSF Li与p BP MA的投料量比),利用核磁共振光谱表征了单体的结构,考察了PMAPEO co PMA PSF Li x膜的热稳定性、微相结构、离子传导率和机械强度等性能。结果表明:PMAPEO co PMA PSF Li 30膜的热分解温度为220℃,离子电导率达到29.5 mS/cm,抗拉强度为43 MPa。

单离子聚合物快离子导体

具有高锂离子迁移数和良好可加工性能的锂快离子导体对于全固态电池的发展非常重要。然而,现有的锂快离子导体主要限制于硬质陶瓷,目前尚无柔性聚合物类型的锂快离子导体被报道。在这个工作中,我们报告了一种通过三种不同有机单体的自由基聚合反应形成的三元无规共聚单离子快离子导体(SISC)。该SISC中包含丰富的锂离子传输位点和具有阴离子锚定功能的阴离子受体。此外,三种不同单体的共聚反应带来低结晶度和低玻璃化转变温度(T_(g)),有利于链段运动,从而获得小的锂离子传输的活化能(E_(a))。电化学测试结果表明,该SISC的室温离子电导率和锂离子迁移数分别达到1.29·mS·cm^(-1)和0.94。将SISC与锂金属负极和多种正极(包括LiFePO_(4)、LiCoO_(2)和硫化聚丙烯腈(SPAN))原位聚合,组装得到的全固态电池具有良好的电化学稳定性。其中,Li||LiFePO_(4)全固态电池表现出高达8C的倍率性能和良好的循环寿命(在0.5C倍率下稳定循环>700圈)。这项工作提供了一种新颖的聚合物基快离子导体设计理念,对于发展高性能全固态电池具有重要意义。

锂离子电池用聚合物电解质的最新进展I.干态聚合物电解质

聚合物锂离子电池的发展对聚合物电解质提出了更高的要求,促使人们开发性能优良的干态聚合物电解质。综述了近年来干态聚合物电解质的研究进展,包括:(1)以改性聚氧化乙烯-锂盐复合体系为代表的耦合体系;(2)导电机理完全不同的解耦合体系;(3)阴离子移动受限的单离子体系。其中,解耦合体系与单离子体系的研究得到了特别的关注。

锂离子电池聚合物电池电解质

介绍了聚合物锂离子电池的关键材料聚合物电解质。叙述了聚合物电解质的发展、组成、分类,离子在聚合物中的传导机理以及国内外的研究进展和今后的研究重点及方向。认为如果能设计通道型或界面型的阳离子传导方式,离子可以以自由离子方式迁移,同时保证其机械性能,这样比在各同性介质中采取传统的络合-解络合机理的传导要快几十倍,将大大促进聚合物电解质的发展。

锂离子二次电池纳米复合聚合物电解质研究进展

聚合物锂离子电池具有重量轻，比能量高，安全性能好等优点，是本世纪发展的理想能源。锂离子电池用聚合物电解质的研究包括全固态聚合物电解质（SPE），凝胶聚合物电解质（GPE）和复合聚合物电解质（CPE）。本文重点综述了纳米复合聚合物电解质在锂离子电池中的应用研究进展及展望。