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LiFePO_(4)锂电池在50℃、0.2C下具有优异的初始放电比容量(155.7 m Ah·g^(-1)),在循环100次后容量保持率为97.1%。

聚离子液体复合PEO制备高性能全固态聚合物电解质

用化学共沉淀法固态聚合物电解质(SPE)因其独特的安全性能受到越来越多的关注。以聚环氧乙烷(PEO)为基体,通过引入聚离子液体(PIL),制备了一种新型SPE(PIL@PEO SPE)。通过将PIL穿插于PEO链段中,有效降低了PEO的结晶度,提高了SPE的离子电导率(6.63×10^(-4)S/cm)。由其制备的固态电池在0.5C,60℃时,Li/LiFePO4电池首次放电容量高达147.6 mAh/g,经过长达300圈充放电循环,容量保留率仍然在90%以上。

高性能阻燃PEO固态聚合物电解质的制备与性能

易燃以及离子电导率低等固有缺陷限制了聚环氧乙烷(PEO)在锂电池中的发展。采用甲基丙酸乙二醇酯膦酸丁二醇酯(EMPBP)以及纳米二氧化硅制备的阻燃PEO膜的极限氧指数(LOI)为30.6%,垂直燃烧测试达到UL94 V-0级别,显示出良好的P-Si协同阻燃效果。当双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)质量分数达到20%时,FR-SPE4电解质膜在60℃下的离子电导率可达2.82×10^(-4)S/cm,并且具有4.82 V的宽电化学窗口。此外,FR-SPE4电解质与磷酸铁锂正极和锂负极组成的电池在50℃下循环100次后的容量保持率为91.7%,且该电池能够维持商用发光二极管(LED)的正常发光。

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。

刚柔并济聚氨酯基固态聚合物电解质

采用聚乙二醇(PEG2000)与对苯二异氰酸酯(PDI)及六亚甲基二异氰酸酯(HDI)嵌段共聚反应制备聚氨酯基体材料,向其中掺杂锂盐,制得固态聚合物电解质,并对所得材料进行了结构表征和电化学性能测试。结果表明:共聚反应降低了PEG的结晶度,使固态电解质的室温离子电导率达7.40×10^(-5) S/cm。PDI的刚性及HDI的柔性在体系中均得以呈现,使固态电解质的拉伸强度达61.6 MPa,杨氏模量达62.9 MPa,断裂伸长率达65.6%,拉伸韧性达22.7 MJ/m^(3)。利用所得固态电解质组装Li/LFP全固态锂金属电池,在0.1 C倍率下循环100次后放电比容量为121.3 mAh/g,容量保持率为82%。

固态聚合物电解质性能提升方法的研究进展

商用锂离子电池由于使用危险和易燃的液体电解质,容易发生火灾和泄漏问题,存在安全隐患。全固态锂离子电池由于其安全性和潜在的高能量密度优势,被认为是下一代能量存储设备。固态聚合物电解质作为全固态锂电池的关键部件,具有良好的不可燃性和对锂金属阳极的适应性,近年来受到广泛关注。但其离子导电性低、力学性能差以及循环寿命不足等限制了其实际应用。根据近年来的研究进展,本文总结了优化固态聚合物电解质性能的方法,包括增加离子电导率,提高电压稳定性、抑制枝晶形成、增加离子选择性和降低界面电阻等,并简要分析了聚合物电解质的现状和发展前景,为固体聚合物电解质基电池的广泛应用奠定了基础。

新型固态聚合物电解质在锂硫电池中的性能研究

本工作采用(氟磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺锂{Li[(FSO2)(CF3SO2)N],Li FTFSI}和聚氧乙烯(PEO)分别作为导电锂盐和聚合物主链,通过简单的溶液浇铸法制备了新型固态聚合物电解质(SPEs),并采取示差扫描量热(DSC)、热重(TGA)、线性扫描伏安(LSV)、交流阻抗(EIS)和恒电位直流(DC)极化等方法研究了Li FTFSI/PEO(EO/Li^+摩尔比为16)电解质的理化性质和电化学性质。结果表明,Li FTFSI/PEO电解质具有较高的室温离子电导率(σ≈10^(-5) S/cm),较高的氧化电位(4.63 V vs.Li/Li^+),并且耐热温度高达256℃。锂硫电池测试结果表明,该类SPEs展现出相对高的首周放电比容量(881 m A·h/g),有效地抑制了多硫离子的"穿梭效应",表现出良好的电池循环性能。

锂蓄电池PEO基全固态聚合物电解质研究进展

从提高锂蓄电池聚环氧乙烷(PEO)基全固态聚合物电解质的电导率、锂离子迁移数和改善电解质与锂电极之间的界面稳定性三个方面介绍了其研究进展。复合聚合物电解质的机械性能和电化学性能都有较大的提高,有利于实现锂蓄电池的商品化。此外,还讨论了PEO基全固态聚合物电解质的导电机理和界面稳定机理,特别是无机陶瓷粉末的加入对提高电解质电导率和界面稳定性等方面的作用机理。

梳状水性聚氨酯固态聚合物电解质的制备及性能

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚醚二元醇(N220)、三羟甲基丙烷聚乙二醇单甲醚(N120)为主要原料并通过改变N120的质量分数合成一系列梳状非离子水性聚氨酯(NPU),再添加LiClO4制备不同的固态聚合物电解质(SPE)。傅里叶变换红外光谱研究锂离子与醚氧基(C-O-C)作用结果表明,当N120质量分数为25%时,锂离子与C-O-C络合数量达到最大;交流阻抗测试结果显示,聚合物电解质离子电导率此时达到最大值,为3.08×10^(-6)S/cm,温度与离子电导率关系基本符合Arrhenius方程。热学和力学测试结果显示,随着N120含量增加,SPE的玻璃化转变温度降低,耐热性增加,拉伸强度降低,而断裂生长率增加,当N120质量分数为10%时,拉伸强度达到最大值,为10.58 MPa。

PVA-KOH-TiO_2-H_2O复合碱性固态聚合物电解质

以聚乙烯醇(PVA)与二氧化钛(TiO2)和氢氧化钾(KOH)为原料,运用溶液浇铸法制备PVA-KOH-TiO2-H2O复合碱性聚合物电解质(ASPE)。以X射线衍射(XRD)、差热扫描(DSC)、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)和交流阻抗法(AC)对复合膜的结构和性能进行表征。XRD和DSC分析表明TiO2的加入可以增加PVA基体的无定形比例。PVA-KOH-TiO2-H2O ASPE显示了良好的电化学性能,水含量为50%,室温(20℃)离子电导率在0.102～0.171S/cm之间;以不锈钢为阻塞电极测得膜的电化学稳定窗口为±1.2V。以PVA-KOH-TiO2-H2O ASPE组装的固态聚合物电解质电容器首次放电比电容为44F/g,1000次循环后比电容为33F/g,其恒流充放电、循环伏安、交流阻抗测试均显示了良好的电容性能。

碱性电池用准固态聚合物电解质膜

用乳化浸渍的方法,由交联聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、氢氧化钾和水制备了准固态复合聚合物电解质(QSPE)膜。QSPE膜的室温离子电导率可达10-3S/cm数量级,可作为固态碱性电池的隔膜使用。研究了其组成、无机盐和纳米CeO2添加剂对QSPE膜离子电导率的影响及电解质膜的热稳定性。添加Na2SO4或1.0%的纳米CeO2,可使膜的离子电导率在55℃时,提高到10-2S/cm数量级;添加无机盐或纳米CeO2,膜的热稳定性较好。

超级电容器准固态聚合物电解质膜的研究

制备了一种介于水凝胶和全固态聚合物电解质之间的聚合物电解质膜,用于活性炭电子双电层电容器。测试表明使用该聚合物电解质膜的双电层电容器的容量为2 15mA·h,其容量、功率特性与KOH水溶液电容器相当。电容器的循环伏安曲线,稳定的充放电循环曲线及交流阻抗谱说明该种聚合物电解质膜在碳基超级电容器的使用电压范围(0～1V)内是稳定的,而且聚合物电解质膜电容器表现出良好的可逆性和循环特性。

锂离子电池固态聚合物电解质研究进展(英文)

电解质是制备高功率密度和高能量密度、长循环寿命的锂离子电池的重要材料之一,而聚合物电解质是实现全固态锂离子电池的关键技术。总结近几年来为提高聚合物电解质电导率所作研究的新进展,并提出了今后的研究方向。

全固态钠离子电池用聚氧化乙烯基固态聚合物电解质研究进展

钠离子电池用聚氧化乙烯(PEO)基固态电解质较有机液态电解液具有更高的安全性、柔韧性和稳定性,是最有发展前景的下一代电池技术。然而,PEO存在室温下易结晶,离子电导率低,成膜力学性能差等问题,限制了其在钠离子电池中的广泛应用。文中从钠盐选择和PEO基体改性两方面综述了钠离子电池用PEO基固态聚合物电解质在改善其离子电导率、电化学窗口和离子迁移数等性能方面的研究,并展望了其发展前景。

新型全固态聚合物电解质PEG475-DMAA的制备及其电化学性能研究

采用无需有机溶剂的光聚合合成工艺,以聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEG475)为基体、N,N二甲基丙烯酰胺(DMAA)为交联剂,引入增塑剂丁二腈(SN),制备新型全固态聚合物电解质PEG475-DMAA,并对其电化学性能进行测试.结果表明:当SN的添加量为10%(质量分数)时,该电解质体系的离子电导率最大,约为4×10-5S/cm,相对于聚氧乙烯体系提高了3个数量级;该电解质的稳定窗口在5. 0 V以上,可满足目前使用的电解质体系对电压稳定性的要求;该电解质在270℃附近有良好的热稳定性;由该电解质膜组装的锂离子电池的初始容量较低与商品化锂离子电池还有比较大的差距,未来需进一步提高该电解质膜的离子电导率,改善其电化学循环性能.

用于锂离子电池的全固态聚合物电解质

用全氟醚作为增塑剂对PEO改性,并与双三氟甲烷磺酰亚胺锂复合,制备了全固态聚合物电解质。采用SEM、交流阻抗、稳态电流法及恒电流恒电压充放电等对固态聚合物电解质的性能进行了测试表征,结果表明：m（PFPE）∶m（PEO）=0.6的固态聚合物电解质膜的电导率30℃时为2.6×10-3 S·cm-1,同条件下电解质溶液电导为8.2×10-3 S·cm-1,二者处于同一个数量级;随PFPE的量增加,锂离子的迁移数增大;与液态电解质电池相比,固态聚合物电解质制成的电池具有更好的循环容量保持特性,固态聚合物电解质电池500次循环的容量保持率在88.1%,液态电解质电池循环容量保持率在64.5%左右;固态聚合电解质有很优异的耐高温安全性,在130℃和150℃下经1~2h热箱试验,用固态聚合物电解质制作的锂离子电池没出现明显体积变化,而相同条件下的液态电解质锂离子电池已发生爆裂或起火。

锂电池用全固态聚合物电解质的研究进展

目前大规模商业化的锂二次电池普遍采用有机碳酸酯类的液态电解质,易泄露、易燃烧、易爆炸等安全问题限制了该类电解质的进一步应用。全固态聚合物电解质(all-solid-state polymer electrolytes,ASPEs)电池具有安全性能好、能量密度高、工作温度区间广、循环寿命长等优点,是锂离子电池领域的研究热点之一。ASPEs通常还具有优异的力学性能,可以很好地抑制锂金属电极在充放电过程中的枝晶生长,所以在锂金属电池领域也具有十分重要的应用前景。作者综述了研究较多的几种ASPEs体系,包括聚氧化乙烯(PEO)基体系、聚碳酸酯基体系、聚硅氧烷基体系、聚合物锂单离子导体体系。PEO基ASPEs是研究最早且研究最多的一类ASPEs材料,但其高结晶性造成室温Li+迁移困难、离子电导率低等问题,所以研究人员研发了一系列降低PEO结晶度、提升体系离子电导率的改性手段。聚碳酸酯基ASPEs主链结构中含有强极性碳酸酯基团而且室温无定形态,使得锂盐更容易解离,且室温离子电导率一般较PEO基要高,是比较有潜力的PEO基ASPEs替代材料。除了碳链聚合物,玻璃化转变温度较低的聚硅氧烷基ASPEs体系也因为其较高的离子电导率受到研究人员关注。在锂电池充放电过程中,Li+才是有效载荷子,电解质中阴离子的迁移会增加电解质体系的浓差极化,所以阴离子不发生迁移、Li+迁移数接近于1的聚合物锂单离子导体也是一类具有研究价值的ASPEs材料。最后,本综述讨论了全固态聚合物电解质的应用前景及未来发展方向,指出了PEO基体系的研究重点在于发展有机-无机复合体系、聚碳酸酯基体系的研究重点在于发展与其它聚合物的共混体系、聚硅氧烷基体系的研究重点在于增强体系力学性能、聚合物锂单离子导体体系的研究重点在于设计离子电导率更高的新型聚阴离子锂盐。

水铝英石/PEO/LiClO4复合固态聚合物电解质中组分相互作用对PEO结晶的影响

为解决现有锂离子电池的安全性问题,固态电解质的研究备受关注。以Na2SiO3和AlCl3·6H2O为原料,采用溶胶-凝胶法制备出水铝英石(AL);通过溶液共混法将其与聚环氧乙烷/高氯酸锂(PEO/LiClO4)复合得到复合固态聚合物电解质。利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热分析仪(DSC)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)以及光学显微镜(OM)对样品进行结构分析及形貌表征。结果表明:水铝英石和LiClO4与PEO间的非价键力相互作用(络合、氢键及Lewis酸-碱作用)显著抑制PEO的结晶。随着水铝英石含量的增加,PEO的结晶度呈现出先降低后增加的趋势;而随着锂盐含量的增加,PEO的结晶度持续降低,当EO/Li+摩尔比为10∶1,水铝英石的含量为5%(质量分数)时,复合固态聚合物电解质的结晶度最低,仅为4.12%。

固态聚合物电解质导电锂盐的研究进展

固态聚合物电解质(solid polymerelectrolytes,SPEs)具有不易泄漏、易加工、抑制锂枝晶生长等优点,能提高固态金属锂电池(solid-state lithiummetalbatteries,SSLMBs)的循环寿命和安全性。导电锂盐作为SPEs的必要组分之一,不仅能够为其离子输运提供锂离子源,而且能够在电极表面发生化学或电化学反应,参与电极/SPE界面膜的构建。因此,导电锂盐的分子结构对于调控SPEs的基础物理和电化学性质及其与电极材料的界面性能有着重要的影响。结合本团队在SPEs导电锂盐领域的相关研究工作,本文主要介绍全氟代和部分氟代磺酰亚胺锂盐作为SPEs导电盐的研究进展,并探讨了SPEs导电锂盐的未来发展方向。

阻燃聚氨酯基固态聚合物电解质的制备与表征

以聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和N,N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯(FCR-6)为主要原料合成阻燃聚氨酯(TPUP),将阻燃聚氨酯与双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂(LiTFSI)复合得到一系列锂盐质量分数不同的阻燃聚氨酯基固态聚合物电解质(TPUP10%Li、TPUP20%Li、TPUP25%Li、TPUP30%Li)。采用红外光谱、热重分析、锥形量热、力学测试、电化学窗口、电导率和电池的充放电性能测试等对阻燃聚氨酯基固态聚合物电解质进行了表征和性能测试。结果表明,TPUP具有良好的阻燃性能,制备的阻燃电解质TPUP25%Li综合性能最佳,且拉伸强度达到2.09MPa,80℃时离子电导率为3.09×10–4S/cm,以TPUP25%Li阻燃聚氨酯基固态聚合物电解质组装的全固态锂电池,在80℃时0.2C电流密度下放电容量达到159 mA·h/g。