聚合物复合固体电解质材料研究进展

固体电解质是发展高安全、高能量密度全固态锂电池的重要材料基础。由聚合物相与无机相复合形成的聚合物复合固体电解质,兼具聚合物轻质、柔性,以及无机材料高强度、高稳定性等优势,是最具应用潜力的固体电解质材料。目前,制约聚合物复合固体电解质实际应用的主要瓶颈问题为其室温离子电导率较低。综述了目前关于聚合物复合固体电解质离子传导机制的科学认识以及提升其离子电导率的方法,分析了先进表征工具在揭示聚合物复合固体电解质离子传导机制方面的应用潜力,并展望了聚合物复合固体电解质未来的发展方向和工作重点。

聚合物人工固体电解质界面层的研究进展

锂金属负极因具有极高的比容量(3860 mAh/g)和低电化学电势(-3.04 V),成为可充电电池领域的研究热点。然而,锂金属的不稳定性会促使枝晶形成,在充放电过程中发生不可控的界面反应,导致生成的固体电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)层不稳定,进而影响电池循环寿命。通过锂金属负极表面引入聚合物人工SEI(ASEI),改善机械性能和电化学性能,从而制备长循环寿命和高能量密度的锂金属电池(LMBs)。聚合物具有灵活度高及结构可设计等特点,是人工SEI的理想材料。概述了人工SEI的性质及作用,根据聚合物官能团类型和所起作用,系统总结了聚合物人工SEI的研究进展,并对未来的研究方向和发展前景作出展望。

聚合物基复合固态电解质填料研究进展

聚合物基固态电解质具有优异的稳定性、加工性和低成本,是实现全固态锂电池的理想电解质,然而低离子电导率严重阻碍了其应用。加入无机填料,构筑聚合物基复合固态电解质是提升离子电导率的有效策略。首先,讨论了聚合物电解质的离子传导机理及复合固态电解质组分间的协同作用。其次,从机械强度、电化学稳定窗口、离子电导率、锂离子迁移数四个方面阐述了填料的作用,并以惰性填料、活性填料、功能性填料为分类对近些年填料的研究进展进行了系统介绍,阐释了其物理化学性质对电解质性能的调控机制。最后,在总结现有研究结果的基础上,针对关键问题对未来的研究方向进行了展望。

纳米石榴石固体电解质粉体在聚合物电解质中的均匀分散

固态锂电池(SSLBs)因采用金属锂负极和固体电解质,具有提高能量密度和安全性的潜质。固体电解质作为固态锂电池的关键材料,对电池性能有重要影响。其中,聚合物-石榴石型复合固态电解质因结合了聚合物电解质的易加工性以及石榴石电解质的热稳定性和高离子电导率的优点,在固态电池规模化制造中具有良好的应用前景。然而,由于纳米固体电解质粉体的表面能高、与有机物的界面兼容性差,导致纳米锂镧锆氧颗粒在聚合物基体中容易发生团聚,进而导致复合电解质的离子电导率降低。本工作引入硅烷偶联剂3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)对Li_(6.4)La_(3)Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)(LLZTO)的表面进行改性,旨在改善LLZTO颗粒在溶剂和聚合物基体中的分散性。LLZTO纳米颗粒表面的羟基与GPTMS分子反应形成共价键,在颗粒表面形成一层厚度约5 nm的GPTMS修饰层。GPTMS中具有亲脂性的环氧基团,使改性后的LLZTO纳米颗粒(LLZTO@GPTMS)在有机溶剂中均匀分散。粒度分布实验表明,LLZTO纳米颗粒的分散性与溶剂的极性呈正相关。采用均匀分散的LLZTO悬浮液,制备的PEO:LLZTO复合电解质的室温离子电导率可以达到2.31×10^(-4)S·cm^(-1)。使用优化后的PEO:LLZTO@GPTMS电解质组装的锂对称电池以及以LiFePO_(4)(LFP)为正极、金属锂为负极的SSLBs均表现出更长的循环寿命。此外,GPTMS的修饰有助于LLZTO纳米颗粒在聚乙烯(Polyethylene,PE)隔膜上的均匀涂覆。采用LLZTO@GPTMS涂覆PE隔膜的LFP|Li电池比采用未修饰LLZTO涂覆PE隔膜的电池展现出更优异的循环稳定性。结果表明,GPTMS能够有效提高LLZTO纳米颗粒在有机溶剂和聚合物基质中的分散性,对其他有机-无机复合材料体系具有指导意义。

PVDF基聚合物固态电解质的组成与改性研究

固态锂电池因其具备高能量密度、安全性好等优点而备受关注。作为固态锂电池最关键的组成部分,固态电解质(SSE)在提高固态锂电池的电化学性能方面起到至关重要的作用。聚偏二氟乙烯(PVDF)基固态聚合物电解质(SPE)具有优异的柔韧性、力学性能以及良好的加工性能,在固态锂电池的发展中展现出巨大的应用潜力。然而,PVDF基SPE仍存在离子电导率低、结晶度高等问题。本文基于SPE的离子传输机制和目前存在的缺点,详细介绍了PVDF基SPE设计策略的最新进展,重点总结了在有机分子改性、填料的设计与改性和结构调控等方面的研究进展。此外,本文介绍了PVDF基SSE在固态锂电池体系中的应用。最后,对PVDF基SPE的未来前景进行了展望。

纳米复合型固体聚合物电解质材料的研究进展

综述了纳米复合型聚合物电解质材料研究工作的基本情况。着重介绍了以聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯和聚磷腈等为聚合物基体的纳米复合型固体聚合物电解质材料的研究进展,并对其研究前景做了展望。

聚吡咯/聚合物固体电解质双层复合膜研究

在聚合物固体电解质 (聚乙二醇不饱和聚酯网络 -LiClO4 )中进行吡咯电化学聚合原位制得了聚吡咯 /聚合物固体电解质双层复合膜。用扫描电镜观察复合膜的界面结构 ,用循环伏安和交流阻抗法研究了复合膜的电化学掺杂脱掺杂性能。结果表明 ,聚吡咯 /聚合物固体电解质双层复合膜具有相互穿插渗透的固 /固密接界面结构 ,这种界面结构改善了聚吡咯和聚合物固体电解质间的界面接触 ,提高了聚吡咯在聚合物固体电解质中的电化学掺杂脱掺杂性能。

复合固体聚合物电解质导电增强机制与导电模型

主要讨论了复合固体聚合物电解质的导电增强机制,并结合近几年的相关文献,详细介绍了有效介质理论、构象熵理论和动态键合渗透理论3种具有代表性的导电理论,对其适用范围、优缺点等进行了评述。通过对这些导电机理的探讨,有助于加深对复合固体聚合物电解质导电行为的理解。

SDC/YSZ/GDC复合电解质膜燃料电池研究

在钐掺杂的氧化铈(SDC)主电解质层上利用射频磁控溅射法沉积了氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)电子阻隔层和钆掺杂的氧化铈(GDC)化学隔层,制备了SDC/YSZ/GDC多层复合电解质膜及电池。对复合电解质膜的固体氧化物燃料电池进行了物相分析、微观结构表征和电化学性能测试。结果表明,复合电解质膜有效提升了电池的开路电位(OCV)和最大输出功率密度,这是因为复合电解质膜具有较高的离子电导率和电子电阻。

固体聚合物电解质中聚3-甲基噻吩复合膜的电致变色性质

在氧化铟锡玻璃上分别涂有LiBF_4的聚醚基氨酯(PEU_(T21)和PEU_(T37))膜层,电化学聚合得到聚3-甲基噻吩(PMT)-PEU_(T21)和PMT-PEU_(T37)两种复合膜。由ITO玻璃/PMT-PEU_(T21) (或PEU_(T37))复合膜/LiBF_4-PEU_(T21)聚合物电解质/ITO玻璃粘合成电致变色器件,并表征了器件的电致变色性质。结果表明:使用PMT-PEU_(T37)复合膜制成的器件与由PMT-PEU_(T21)复合膜制成的器件相比,经掺杂和不掺杂过程在800nm处有较大的透过率差、较快的响应时间和较长的循环次数。

一种新型固体聚合物电解质复合气体分离膜的制备及气体透过性能的研究

采用单侧溶液交换法,把PEI/Pebax2533复合膜的Pebax2533外表面与AgBF4交换溶液接触,利用Ag+与Pebax2533分子链段中醚氧键之间的络合作用,将Ag+固定在PEI/Pebax2533复合膜中,从而制备了PEI/Pebax2533/AgBF4固体聚合物电解质复合气体分离膜.通过改变AgBF4交换溶液的浓度来调节复合膜表面银离子的负载量,控制复合膜对丙烯/丙烷的分离性能.随着AgBF4交换溶液浓度的增加,复合膜对烯烃出现明显的促进传递现象,塑性效应明显减弱.当AgBF4交换溶液浓度为8.0 mol/L时,PEI/Pebax2533/AgBF4复合膜丙烯/丙烷的分离系数远远超过1 000,塑性效应基本受到抑制.

金属锂电池用复合固体电解质的研究进展

固体电解质一般分为聚合物、无机陶瓷及由两者组成的复合体系。聚合物/无机陶瓷复合固体电解质综合了聚合物电解质高柔韧性带来的界面稳定性和无机陶瓷电解质室温离子电导率高的优点,广泛应用于金属锂电池。综述以聚合物为主体的聚环氧乙烷(PEO)和聚丙烯腈(PAN)复合电解质,及以无机陶瓷材料为主体的石榴石型、NASICON型和钙钛矿型复合电解质的研究现状及Li+传输机理;展望电解质今后将朝着高离子电导率、低界面阻抗的方向发展。

聚碳酸酯基聚合物电解质及其改性研究进展

锂离子电池具有能量密度高、工作电压宽、循环寿命长、环境友好等优点,已被广泛用于移动电子设备和电动车等领域.为克服液态锂离子电池存在的缺陷和安全隐患等问题,用全固态电解质代替液态电解质制备的固态锂电池不含有机溶剂,并且其能量密度和循环寿命等具有较大的提升空间,受到研究者们的广泛关注.作为一种固体聚合物聚电解质,聚碳酸酯类固体聚合物电解质主链结构中含有强极性碳酸酯基团且室温呈无定形态,其介电常数高、尺寸稳定性好,有利于提高固体聚合物电解质的离子电导率和电化学窗口,被认为是很有应用前景的固体聚合物电解质.本文介绍了聚碳酸酯基固体聚合物电解质的导电机理,总结和评述了近年来国内外聚碳酸酯基聚合物电解质的改性研究进展,并展望了该研究领域的发展方向.

一种新型锂离子电池用聚合物电解质复合膜的制备和性能表征

阐述了一种新型锂离子电池用PVDF-HFP(聚偏氟乙烯-六氟丙烯聚合物树脂)基聚合物电解质复合膜的制备过程.对复合膜中使用的无机TiO2纳米颗粒进行固体超强酸化处理,并进行颗粒表面酸强度H0测试、XRD晶体结构分析以及复合膜的电解液吸附率测试和电化学阻抗谱测试.采用PE无纺布支撑体作为增强材料,以浸涂方法制备复合膜,并进一步组装为锂离子电池,性能测试表明该电池具有良好的电化学性能.

聚合物固体电解质中的离子状态与导电机理的研究

制备得到了一种新颖的聚氨酯和丙烯酸酯复合梳形交联聚合物 (Combcross linkedpolymer) ,并以此聚合物为基体加入不同含量的高氯酸锂盐制得一系列聚合物固体电解质 ,其室温电导率可以达到 3 4× 10 - 5S·cm- 1 .通过Raman、DSC、SEM及电性能等研究了电解质中的盐浓度与离子存在状态及离子电导率之间的关系 .结果显示随着盐浓度的增加 ,聚合物固体电解质中离子对的比例和电导率都迅速增加 ,说明离子对 (由多个醚氧原子、阴离子和阳离子组成 )对体系导电起着积极的作用 .

复合聚合物电解质的导电行为及电导率的测定

研究了乙烯碳酸酯（ＥＣ）增塑的（ＰＥＯ）１６ＬｉＣＬＯ４－ＥＣ复合聚合物电解质交流阻抗谱图，提出了不锈钢电极／聚合物电解质／不锈钢电极这种结构在交流阻抗测试分析中具有普适性的摸拟等效电路，并且根据等效电路中元件拟合值测定出复合聚合物电解质体系在不同ＥＣ增塑量及温度时的电导率。用复合聚合物电解质体系中各组分之问的相互作用解释了 ＥＣ对聚合物电解质导电行为的影响。在低 ＥＣ含量的复合聚合物电解质体系中，电导率和温度的关系在低温时符合Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ方程，在高温时符合Ｖｏｇｅｌ－Ｔａｍｍａｎ－Ｆｕｌｃｈｅｒ－Ｆｕｌｃｈｅｒ（ＶＴＦ）方程；而当ＥＣ含量大于２０％时，电导率和温度的关系在实验温度范围内都符合ＶＴＦ方程。

Al_2O_3掺杂的复合聚合物电解质室温电导研究

A composite polymer electrolyte of Polyethylene oxide (PEO) LiClO 4 containing fine Al 2O 3 particles was studied by using differential scanning calorimetry, infrared spectroscopy and electrochemical impedance spectroscopy. Compared with the polymer electrolyte without Al 2O 3 particles, the glass transition temperature and the degree of crystallinity were decreased, and the room temperature conductivity of PEO LiClO 4 Al 2O 3 composite polymer electrolyte was considerably enhanced. Moreover, the equivalent circuits and the effect of dc potential on impedance spectroscopy were discussed.

可充锂电池复合聚合物电解质研究新进展

介绍了可充锂电池用聚合物电解质的分类、优越性及其新进展。重点介绍了聚环氧乙烷(PEO)基复合聚合物电解质材料的研究现状,指出近年来纳米复合聚合物电解质的出现为可充锂电池的实用化提供了新的希望。此外,还讨论了纳米无机惰性填料在提高电解质电导率、改善锂/电解质界面稳定性及锂离子迁移数方面的作用机理。

固体聚合物电解质燃料电池的研究

报道了固体聚合物电解质燃料电池的电极制备方法和温度、压力以及阴极气量对电池性能的影响．

固体聚合物电解质水电解器的设计与实验

目的实现固体聚合物电解质水电解技术的工程化,解决这一技术在工程实施中存在的问题,使其满足密闭环境供氧设备的要求。方法电解池组采用阳极供水与压滤机组装的方式,针对水电解池供水与供电的要求,设计了电解池的极板以及集电板,并对极板进行了轻量化设计,组装了3套样机。结果在75℃、电流密度0.6A/cm2条件下,小池平均电解电压低于1.75V;在密闭舱内3人62d的试验考核中,水电解池堆运行稳定,产生的气体O2纯度高于99.5%;集成120个单电池的水电解器,能稳定输出压力为1MPa、流量为1 523L/h的O2。结论水电解器的设计合理、极板轻量化设计可行,基本解决固体聚合物电解质水电解技术工程化应用中的技术问题,满足密闭环境对水电解器的性能要求。