普通化学原理 普通化学原理 锂离子电池 -聚合物电解质.pptVIP

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锂离子电池 聚合物电解质 聚合物电解质 聚合物电解质 聚合物电解质 聚合物电解质 作用: 1.离子导电的电解质 2.一种阻碍正负极接触的隔膜(separator) 分类: 固态聚合物电解质 凝胶态聚合物电解质 纯凝胶态聚合物电解质 微孔凝胶态聚合物电解质 SPE 不添加液体增塑剂的全固态聚合物电解质 GPE MPE CPE 添加液体增塑剂的凝胶态电解质 微孔凝胶聚合物电解质 掺杂型的有机无机复合的聚合物电解质 聚合物电解质导电率的提高进程 The improvement of ionic conductivities for polymer electrolytes Li+在PEO中迁移示意图 提高锂盐的解离度,获得更多的自由锂离子,提高链段的柔韧性是提高聚合物导电率的关键。 固态聚合物电解质 改善方法 共混 共聚 添加无机填料 聚合物 + 锂盐 构成 常用的共混聚合物包括聚乙二醇(PEG)、聚乙醇胺 (PEI),聚氧化丙烯(PPO)、聚丙烯酸醋类等。 常用的共聚体系包括聚氧化丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯(PSt)聚硅氧烷体系等。 常用的无机填料包括无机氧化物如Al2O3 、 TiO2 、 SiO2等,含Li化合物Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3等。 改性PEO与聚苯乙烯B一A一B型嵌段共聚物结构示意图 凝胶态聚合物电解质 纯凝胶体系 导电机理:在这种增塑体系下,溶剂分子固定在高分子链间而形成的高分子膨胀体系,与液体电解质的导电机理类似,电导率达 10-3S/cm的数量级。 聚合物基体(载体作用 ) 增塑剂(提高隔膜电导率) 锂盐(自由锂离子 ) 凝胶态聚合物电解质基体 基体材料有:分子链中含有-NH-,-CN-,C=C-OH等富电子官能团的高分子聚合物材料。 微孔凝胶体系 微孔型聚合物电解质——将液体电解质引入到极性聚合物的微孔膜中形成的,膜中的孔隙吸收电解液后,依靠电解液中的离子在孔道中进行传输而成为离子导电膜。 特殊凝胶聚合物电解质体系:凝胶电解质,起到导电作用;惰性聚合物,维持机械强度。 特点: 1,相分离体系,其中存在溶液相 。 2.保持力学性能的前提下可进一步提高电导率 微孔聚合物电解质MPE 采用两相体系是提高凝胶型聚合物电解质强度的有效手段,提出了微孔凝胶聚合物电解质!其中一相是凝胶电解质,起到导电作用,另一相则是惰性聚合物,起到维持机械强度的作用. 与隔膜材料中仅依靠相分离的液体相实现离子传导不同,MPE中存在三相结构:吸附在微孔的电解质溶液、被电解质溶液溶胀的聚合物基体所形成的凝胶以及聚合物基体。三相结构不仅保证了较高的锂离子电导率、良好的机械性能,还提高了体系的保液能力,抑制了电解液的泄露。 微孔聚合物电解质制备中可以先制备出隔膜,再于注入电解液即可。(只有注入电解液时需要在无水条件下进行,其他条件相对纯凝胶体系更易控制) MPE微观结构示意图 关键:是研发一种与电解液,电极相容性好,电导率高,机械强度好的微孔聚合物膜! 微孔聚合物膜参数要求 微孔聚合物膜的重要评价指标 (1)孔隙率。孔隙率越大,吸附的液体电解质溶液就越多,有利于提高离子导电率。 (2)微孔结构,微孔相互连通的程度越高,Li+离子的迁移速度越快。孔径在亚微米尺寸、海绵状具有联通通道的微孔结构被认为拥有最好的性能。 (3)吸附电解质溶液的能力,对电解质溶液的吸附能力强,电导率越高。 (4)聚合物基体分子链与Li+离子间相互作用的大小等。 伊廷锋, 等: 锂离子电池隔膜的研究和发展现状 . 电 池 V0 1 . 3 5.No . 6 聚合物微孔膜基体材料 但是单一的聚合物基体材料很难满足微孔膜在实际应用的要求,一般都需要改性或掺杂来达到较高的综合性能! 线型、 梳状支化、 超支化类聚合物[1-2] 合成过程复杂 大部分条件 都较为苛刻及低温 或辐射嫁接等结合 专有功能的聚合物 抑制聚合的结晶并降 低玻璃化温度, 使聚合物盐电解质 大部分处于非晶 相区(即无定形 相区),从而达到 提高离子电导率 的目的。[3-4] 简单易行 效果相对较显著 共 混 、共聚 聚合物引入无机的 纳米粒子,如分子筛, SiO2, TiO2, Al2O3, MgO等形成复合的 聚合物电解质以增强 其机械性能[5-8] 可以任意控制 无机粒子形貌、尺寸 掺杂无机粒子 微孔聚合物膜的基体材料改性 力求达到锂离子电导率和强度的完美组合 [1]M.M.Nasef,H.S.Structural. Mater. Chem.Phys.2006,99:361~369 [2]Markusson,H.,S.Beranger,P.Joha nsson,et al. Journal of Physical Chemi

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