聚合物电解质.ppt

聚合物电解质聚合物聚合物 水溶液中或在熔融状态下就能够导电的化合水溶液中或在熔融状态下就能够导电的化合物。物。聚合物电解质聚合物电解质 高聚物离子导体，其链节单元中含有可解离性离子基高聚物离子导体，其链节单元中含有可解离性离子基团。团。聚合物电解质不但具有较好的导电性聚合物电解质不但具有较好的导电性,而且具有高分而且具有高分子材料所特有的质量轻、子材料所特有的质量轻、弹性好、弹性好、易成膜等特点易成膜等特点,在一定程度上符合化学电源质轻、在一定程度上符合化学电源质轻、安全、高效、安全、高效、环保的发展趋势环保的发展趋势,因此成为近几年化学电源研究和因此成为近几年化学电源研究和开发的热点。开发的热点。聚聚合合物物电电解解质质的的发发展展简简史史WrightWright首次测量了聚氧首次测量了聚氧乙烯乙烯 (PEO)(PEO)与碱金属盐与碱金属盐 (Mx)(Mx)络合的电导率络合的电导率197319731975197519791979在在 PAN2 Li X,PVDF2LiX体系体系中加入塑化剂中加入塑化剂 EC,PC等环酯制等环酯制成成凝胶聚合物电解质凝胶聚合物电解质(Gel Solid Polymer Electrolyte GSPE),发发现离子电导率大大提高现离子电导率大大提高Armand等报道了等报道了 PEO的碱的碱金属盐在金属盐在 40 60e 时离子电时离子电导率达导率达 10-5S/cm,且具有良且具有良好的成膜性能好的成膜性能,可用作锂离子可用作锂离子电池的电解质电池的电解质2020世纪世纪9090年代年代GozdzGozdz等利等利P(VDF2HFP)P(VDF2HFP)共聚物制备了多孔型共聚物制备了多孔型聚合物电解质聚合物电解质之之 后后WestonWeston和和 SteeleSteele最先最先把电化学惰性的无机填把电化学惰性的无机填料料 A2 Al 2O3A2 Al 2O3加入到加入到 SPE SPE 中中,以后各种惰性以后各种惰性粉末被应用于粉末被应用于 SPESPE中中,逐渐形成了复合型聚合逐渐形成了复合型聚合物电解质体系物电解质体系聚聚合合物物电电解解质质的的性性能能 从电化学角度出发从电化学角度出发,聚合物电聚合物电解质应具备以下解质应具备以下7 7种性能种性能:(1)(1)有较宽的电化学窗口有较宽的电化学窗口,在电池在电池过充电及放电过程中具有较好的电过充电及放电过程中具有较好的电化学稳定性化学稳定性,降低充放电时的过电降低充放电时的过电位位;(2)(2)为获得较高的电流密度为获得较高的电流密度,聚电聚电解质的室温电导率必须达到解质的室温电导率必须达到1 01 0-3-3S S cmcm-1-1,离子迁移数应为离子迁移数应为 1,1,否则在电否则在电极表面将产生浓度梯度而导致极限极表面将产生浓度梯度而导致极限电流电流;聚聚合合物物电电解解质质的的性性能能(3)(3)与电池电极和其他材料结合与电池电极和其他材料结合时时,具有较好的化学及电化学相具有较好的化学及电化学相容性容性;(4)(4)具有较好的热力学稳定性具有较好的热力学稳定性;(5)(5)具有一定的机械强度具有一定的机械强度;(6)(6)对环境无毒对环境无毒;(7)(7)聚合物材料易于合成且具有聚合物材料易于合成且具有良好的加工性。良好的加工性。目前聚合物电解质大致可分为目前聚合物电解质大致可分为4种：种：2.凝胶型聚合物电解质凝胶型聚合物电解质1.全固态聚合物电解质全固态聚合物电解质3.多孔型聚合物电解质多孔型聚合物电解质4.复合型聚合物电解质复合型聚合物电解质 DSPE DSPE（1,2-1,2-硬脂酰基磷硬脂酰基磷脂酰乙醇胺脂酰乙醇胺 ）是研究最早）是研究最早的一类聚合物电解质的一类聚合物电解质,到目到目前为止前为止,绝大部分绝大部分 DSPEDSPE的的离子电导率都比较低，但电离子电导率都比较低，但电化学稳定性和对电极的稳定化学稳定性和对电极的稳定性好性好.全全固固态态聚聚合合物物电电解解质质 AhnAhn等通过研究在等通过研究在PEO(PEO(聚环氧乙烷聚环氧乙烷)/LiC10)/LiC10体体系中添加不同尺寸系中添加不同尺寸Al2O3Al2O3对电导率的影响对电导率的影响,发现含发现含有纳米尺寸的聚合物电解质的电导率比含有微米有纳米尺寸的聚合物电解质的电导率比含有微米尺寸的要高尺寸的要高.此外还发现此外还发现,无机颗粒的尺寸越小无机颗粒的尺寸越小,对聚合物结晶的抑制越明显对聚合物结晶的抑制越明显,也越有利于电导率的也越有利于电导率的提高提高.叶霖等合成了梳形聚醚叶霖等合成了梳形聚醚 POE,POE,并与高氯酸锂复并与高氯酸锂复配制成全固态聚合物电解质配制成全固态聚合物电解质,并用并用DSCDSC和和XPSXPS分别表分别表征了链段运动能力和锂盐在征了链段运动能力和锂盐在POEPOE中的溶解状态对电中的溶解状态对电导率的影响导率的影响.交流阻抗测试表明交流阻抗测试表明,当当POE POE 电解质内电解质内的的氧锂比氧锂比氧锂比氧锂比(O/Li)(O/Li)为为 2020时其电导率最高时其电导率最高.凝胶型聚合物电解质GSPE（葡萄籽原花青素）作为液态电解质与全固态电解质的过渡产物（葡萄籽原花青素）作为液态电解质与全固态电解质的过渡产物,GSPE集合了固体的柔韧性与液体易扩散的特点集合了固体的柔韧性与液体易扩散的特点,克服了液体电解质易克服了液体电解质易在电极表面生成易燃物质及漏液的缺点在电极表面生成易燃物质及漏液的缺点,使电池的设计更自由使电池的设计更自由.吴川、潘春花等采用了一种自制新型超支化聚醚吴川、潘春花等采用了一种自制新型超支化聚醚(PHEMO)与甲苯与甲苯 2,4-二异氰酸酯二异氰酸酯(MDI)在电解液中进行缩合反应在电解液中进行缩合反应,制备了一种具有交联网状制备了一种具有交联网状结构的聚氨酯结构的聚氨酯(PEU)型凝胶态聚合物电解质型凝胶态聚合物电解质.在这种新型的电解质中在这种新型的电解质中,电解液小分子被聚合物大分子包裹在其中电解液小分子被聚合物大分子包裹在其中,可有效防止凝胶聚合物电可有效防止凝胶聚合物电解质的漏液问题解质的漏液问题,从而可提高锂离子电池的安全性从而可提高锂离子电池的安全性.多空型聚合物电解质 PSPE（三聚绝缘卷材）是指聚合物本（三聚绝缘卷材）是指聚合物本体具有多孔结构体具有多孔结构,增塑剂和盐存在于聚合物增塑剂和盐存在于聚合物本体孔结构中本体孔结构中.聚合物多孔膜具有较高的孔隙率、聚合物多孔膜具有较高的孔隙率、较强较强的液体保持能力及一定的机械强度的液体保持能力及一定的机械强度.PSPE膜膜的离子电导率一般在的离子电导率一般在 100 S/cm数量级数量级.PSPE是较有希望应用于锂离子电池的是较有希望应用于锂离子电池的一类聚合物电解质一类聚合物电解质,其离子电导率较接近液其离子电导率较接近液体电解质体电解质.另外另外,使用使用 PSPE也使锂电池的装也使锂电池的装配过程变得相当简单配过程变得相当简单,该技术的意义在于提供该技术的意义在于提供了低成本的设计和制造新型电池形状的可能了低成本的设计和制造新型电池形状的可能性性.复合型聚合物电解质CSPE（氯横化聚乙烯）按照高分子材料增强理论（氯横化聚乙烯）按照高分子材料增强理论,在高分子材料中加入在高分子材料中加入某些无机填料某些无机填料,能增强高分子材料的机械性能能增强高分子材料的机械性能.研究者把纳米粉末应用于研究者把纳米粉末应用于 SPE 的研究中的研究中,制备制备CSPE膜膜.由于所添加的惰由于所添加的惰性粉末为纳米材料性粉末为纳米材料,使得使得SPE膜的性能更稳定膜的性能更稳定.何钟达、何钟达、陈艳玲等采用相转换法制备了以丙烯腈陈艳玲等采用相转换法制备了以丙烯腈(AN)/甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯(MMA)为基质为基质,添加纳米添加纳米 Si O2的复合聚合物电解质膜的复合聚合物电解质膜,与空白隔膜相与空白隔膜相比比,复合隔膜具有较致密的结构复合隔膜具有较致密的结构,有利于提高聚合物的电导率有利于提高聚合物的电导率.聚聚合合物物锂锂离离子子电电池池 在液态锂离子电池基础上发展起来的在液态锂离子电池基础上发展起来的新一代高比能电池体系新一代高比能电池体系.它是为解决液态它是为解决液态锂离子电池存在的严重不足而提出的一种锂离子电池存在的严重不足而提出的一种全新的概念电池全新的概念电池.聚合物锂离子电池具有聚合物锂离子电池具有安全性能高、重量轻、容量大、体积小、安全性能高、重量轻、容量大、体积小、易塑性高等优点易塑性高等优点,被公认为最具发展潜力被公认为最具发展潜力和应用市场的电池产品和应用市场的电池产品.聚合物锂离子电聚合物锂离子电池代表着锂电池技术的最高水平池代表着锂电池技术的最高水平,因此国因此国内外各大锂电池生产厂家及科研机构都将内外各大锂电池生产厂家及科研机构都将它作为研发的重点它作为研发的重点.未来在聚合物锂离子电池研究中未来在聚合物锂离子电池研究中,聚聚合物电解质的结构、合物电解质的结构、传输机理和基础研传输机理和基础研究、究、电极界面特性及高性能的电池组装电极界面特性及高性能的电池组装研究将仍是主要关注的焦点研究将仍是主要关注的焦点.