聚氧化乙烯-聚硅氧烷基离子液体复合聚合物电解质的研究

通过对不同聚硅氧烷(PDMS)含量的聚氧化乙烯-聚硅氧烷(PEO-PDMS)聚合物电解质电化学性能的测试,确定出PDMS最佳添加量,并以此聚合物配比为基体,通过复合不同质量分数的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([BMIM]TF-SI)或N-甲基、丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐(PP13TFSI),制备得到不同体系的离子液体复合聚合物电解质膜。离子液体的加入可显著提高聚合物电解质的室温电导率,样品PPP-100%室温电导率达到5.6×10-4S/cm。同时,样品均具有良好的热学和电化学稳定性。通过两种体系聚合物电解质性能对比得知,PP13TFSI离子液体复合聚合物电解质具有更优性能,有望作为新型电解质材料应用在锂离子电池中。     

PAN-POSS接枝共聚物改性聚环氧乙烷/离子液体凝胶电解质的制备及性能

采用自由基聚合法成功合成了聚丙烯腈与笼型倍半硅氧烷的接枝共聚物(PAN-POSS),并将其引入聚环氧乙烷(PEO)/1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIM][TFSI])/双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)体系,通过溶剂挥发法制备具有自支撑性的凝胶电解质(GPEs)。采用差示扫描量热分析、热分析、拉伸测试和电化学性能测试等进行表征,研究了PAN-POSS含量对PEO基电解质结晶性能、力学性能、热稳定性和电化学性能的影响。结果表明,在PEO/[EMIM][TFSI]/LiTFSI凝胶电解质体系中,随PAN-POSS含量增加,PEO的结晶度逐渐降低,当质量分数为9%时,结晶度从初始的25.7%降至11.6%。此时,GPEs的室温离子电导率为2.87×10~(-4) S/cm,在0.1 C充电速率下,电池的容量达到130 mAh/g。PAN-POSS的添加提高了GPEs的热稳定性,热降解温度可达到380.6℃,力学性能略有下降,但是仍然达到3.3 MPa,具有良好的自支撑特性。     

离子液体/极性聚合物固态电解质的研究

使用一种离子液体[1-乙基-3-甲基咪唑金翁四氟硼酸盐(EM IBF4)]掺杂极性聚合物-偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)],制备了固态聚合物电解质,其热分解温度达到273℃,30℃的离子电导率达到1-0 4S/cm数量级,对铝集流体具有较好的电化学稳定性。     

聚离子液体型聚合物电解质的制备及表征

以N-乙烯基咪唑、溴乙酸甲酯和二（三氟甲基磺酰亚胺）锂（LiTFSI）为原料,采用溶液聚合法制备了聚（1-乙烯基-3-乙酸甲酯基咪唑二（三氟甲基磺酰亚胺））（PMVIm-TFSI）。将其与LiTFSI和聚（甲基丙烯酸甲酯-醋酸乙烯酯）（P（MMA-VAc））共混制得了不同质量比的聚合物电解质。核磁共振（1 HNMR）、红外光谱（FT-IR）、示差扫描量热计（DSC）、热重分析（TGA）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、交流阻抗（AC impedance）等对电解质的测试结果表明,PMVIm-TFSI掺杂到P（MMA-VAc）和LiTFSI组成的电解质中后其电导率得到了极大的改善,30℃下最高可达4.71×10-4S/cm,同时热稳定性也得到了极大的提高。此外,该共混电解质（透过率≥90%）还可以运用到电致变色器件（ECD）导电离子材料中,也显示出了优良的电化学性能。     

Poly(VBMIMPF_6)/BMIMPF_6离子凝胶的制备与性能

以1-乙烯基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐(VBMIMPF6)为单体,1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIMPF6)为溶剂和电解质,并以聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为交联剂,采用原位紫外交联的方法制备出了一种新型聚离子液体基离子凝胶电解质。通过扫描电子显微镜、流变性能、力学拉伸和电化学交流阻抗等手段,考察了离子凝胶电解质的微观结构、流变性能、力学性能和电学性能。流变性能测试结果表明,离子凝胶具有很高的储能模量(10~4~10~5 Pa),且温度200℃内储能模量基本保持不变。拉伸性能测试结果表明,体系具有很强的力学性能且拉伸强度达到10~5 Pa数量级。电学性能测试结果表明室温下离子凝胶具有很高的电导率(10~(-4)~10~(-3)S/cm),且电导率随BMIMPF6含量的增加而增大。     

基于三维芳纶纳米纤维骨架的柔性高压复合电解质膜及其固态锂金属电池

聚合物电解质在锂金属电池中的应用受限于锂枝晶生长、电化学不稳定性及较低的离子电导率.为解决这些问题,本文通过向三维多孔芳纶纳米纤维(ANF)中填充聚环氧乙烷(PEO)-双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)电解质,制备了基于三维芳纶纳米纤维网络骨架的柔性ANF/PEO-LiTFSI复合电解质薄膜.由于其独特的构造及离子在三维ANF/PEO-LiTFSI界面中的连续输运,该复合电解质膜具有比PEO-LiTFSI电解质膜更高的力学强度(10.0 MPa)、热稳定性、电化学稳定性(60℃下达4.6 V)和离子电导率,以及较强的抑制锂枝晶能力.基于该复合电解质的固态LiFePO4/Li电池表现出优异的循环性能(在0.4 C下充放电百次后的容量达130 mA h g-1、保持率为93%).该研究提供了一种基于三维骨架设计和制备高性能电解质的有效方法,有望应用于固态锂金属电池.     

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。     

新型离子液体基功能电解质材料研究

作为电池的重要组成部分,电解质在很大程度上影响着锂电池的安全性、温度适应性、充放电性能和循环寿命。研究合成了二氟草酸硼酸锂(LiODFB)-N-甲基-N-甲氧基乙基吡咯烷双(三氟磺酰亚胺)(Pyr1,2O1TFSI)/亚硫酸酯电解质,展现出良好的离子传导性、电极相容性和宽工作温度范围,其中LiODFB-Pyr1,2 O 1TFSI/DMS电解质体系的电导率和锂离子迁移数分别为8.163×10~(-3)S·cm~(-1),0.28。首次将离子液体基电解质体系的应用温度范围拓展到-40℃,使Li/MCMB电池和Li/LiFePO_4电池在-40~60℃的工作温度范围内均表现出理想的电化学性能。以Li[N(SO_2CF_3)_2](LiTFSI)作为锂盐,将三(乙二醇)二甲醚(TEGDME)作为共溶剂,结合离子液体Pyr1,2O 1TFSI,制备系列Li/S电池电解质。含Li TFSI-(70 wt%)Pyr1,2 O 1TFSI/(30 wt%)TEGDME电解质的Li/S电池表现出优秀的循环性能和倍率性能,在0.1 C充放电倍率下,首周循环周期放电比容量1 212.8 m Ah·g~(-1),循环100周后仍然维持在693.5 m Ah·g~(-1)。在1 C放电倍率下,循环100周放电比容量约为827.3m Ah·g~(-1),库伦效率达到99%以上。同时,该电解质还具有良好的高温性能,电池在80℃仍然可以正常工作,放电容量达1 005.3 m Ah·g~(-1)。在总结相关研究工作的基础上,从离子液体/有机共溶剂电解质体系出发,首次半定量对离子液体/共溶剂体系和电化学基本性质间的构效关系进行了深入分析,对未来面向不同应用方向的锂二次电池电解质体系的设计合成具有一定的理论意义和参考价值。     

PEO基固态聚合物电解质膜的静电纺丝制备及性能EI北大核心CSCD

PEO基固态聚合物电解质被认为是目前固态锂电池领域极具产业化前景的固态电解质。为适应工业化生产,采用静电纺丝技术制备PEO/LiClO_(4)固态聚合物电解质(SPE),研究纺丝电压、纺丝液质量浓度和锂盐含量对SPE纤维膜形貌和直径的影响。通过扫描电子显微镜观察SPE中纤维的形貌,利用Image J软件分析SPE纤维的直径。通过DSC,XRD,FTIR-ATR和拉伸测试等手段对静电纺丝制备的SPE纤维膜的组成、结构、性能等进行研究。结果表明:当纺丝电压为15 kV、PEO/LiClO_(4)纺丝液质量浓度为6%、[EO]∶[Li^(+)]=10∶1(摩尔比)时,静电纺丝方法制备的PEO/LiClO_(4) SPE纤维膜具有较好的纤维形貌,平均直径为557 nm,分布均一;当[EO]∶[Li^(+)]=10∶1时,SPE纤维膜中PEO的熔点仅为53.8℃,结晶度低至18.9%;电解质在30℃时的离子电导率达到5.16×10^(-5)S·cm^(-1),同时具备良好的电化学稳定性和界面稳定性。     

具有三维离子迁移通道的共混凝胶聚合物电解质及其电化学性能

采用聚合诱导相分离法,通过N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)在偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP))溶液中原位聚合生成聚乙烯吡咯烷酮(PVP),合成共混凝胶聚合物电解质(BGPE)。对共混聚合物膜的微观结构、形貌和结晶性能,BPGE的热稳定性及电化学性能进行了表征。在BGPE中,P(VDF-HFP)相起骨架支撑作用,PVP相则形成三维Li~+迁移通道。当P(VDF-HFP)∶NVP质量比为2∶1时,所得样品BGPE-3的室温离子电导率为0.712×10~(-3) S/cm,而且具有339℃的热分解温度和4.9 V(vs. Li~+/Li)的阳极稳定电位。研究结果表明,离子液体增塑的半互穿凝胶聚合物电解质膜可由聚合诱导相分离法简易制备,具有优异的电化学性能。     

离子液体复合体系改性PEO制备新型固态聚合物电解质

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。在此,以新型聚离子液体（PIL）/离子液体（IL）共混改性聚环氧乙烷（PEO）,制备了一种PEO基高性能固态聚合物电解质。利用X射线衍射（XRD）、热重（TG）方法探究了样品的晶体结构和热稳定性,研究结果表明,PIL/IL的引入,显著降低了结晶度,同时表现出较高的热稳定性（320℃）。通过电化学阻抗（EIS）、线性扫描伏安（LSV）等方法研究了固态聚合物电解质的电化学性能,研究结果表明,结晶度的降低显著地提高了离子电导率(2.27×10^-4 S·cm^-1, 40℃)和锂离子迁移数（0.3, 40℃）,同时由于咪唑环C（2）位上的质子氢被烷基取代,提高了电化学窗口（4.8 V）。通过组装LiFePO₄/Li全电池进行充放电测试,发现其稳定放电容量高达150 mAh·g^-1,100次循环后放电容量保持不变,库伦效率保持在99%以上,展现出较高的容量和循环稳定性。     

LATP-PEO复合电解质成膜及离子电导率特性

以纳米Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1. 7)(PO_4)_3(LATP)固体电解质为填料,聚氧化乙烯(PEO)为粘结剂,双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li TFSI)为添加剂,乙腈为溶剂,利用流延法制备LATP-PEO固体复合电解质薄膜;采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和交流阻抗(EIS)等方法,研究样品的结构特征、形貌特征以及离子导电性能;探讨PEO摩尔质量与含量对LATP-PEO复合电解质薄膜成膜特性的影响。结果表明:PEO摩尔质量为5 000 kg/mol,LATP与PEO质量比为1∶0. 43时,可以获得膜厚为25μm,颗粒分布均匀的柔性LATP-PEO; LATP-PEO离子电导率随温度增高而增大,25℃时为1. 36×10~(-5)S/cm,100℃达到4. 60×10~(-4)S/cm;温度在-20～60℃时,该薄膜离子活化能为4. 86 eV,温度在60～100℃时,离子活化能为0. 22 eV。     

聚醚接枝丙烯酸树脂基凝胶聚合物电解质的制备及在电致变色器件中的应用

本工作以甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(PEGMEA)和聚氨酯丙烯酸树脂(PUA)为预聚体,离子液体1-丁基-3-甲基咪唑鎓双三氟甲磺酰亚胺盐(BMimTFSI)为添加剂,通过紫外光固化,构建了一种新型聚醚接枝丙烯酸树脂基凝胶聚合物电解质。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TG)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和电化学测试(循环伏安)等方法对该凝胶聚合物电解质进行表征。结果表明,该类凝胶聚合物电解质不仅拥有优良的离子电导率,还具有高热稳定性、易封装和不易泄漏的优点。其中,BMimTFSI含量为59.5%(质量分数)、PUA/PEGMEA配比为4.96∶2.96(质量比)时凝胶聚合物的电解质综合性能最好,可见光透过率大于90%,热分解温度达到300℃,30℃时离子电导率达到2.17×10^-5 S/cm。基于该类凝胶聚合物电解质的电致变色器件展现出优良的性能,经36 000 s循环后,依然保持着稳定的蓝色态—透明态切换,且着色、褪色态的可见光透过率对比度仍高达48%,电解质质地柔软,热稳定性良好,可应用于电致变色器件。     

锂离子电池用凝胶聚合物电解质研究进展

凝胶聚合物电解质既具有固态聚合物电解质良好的力学加工性能和安全性能,又具有传统液态电解质较高的室温离子电导率。但凝胶聚合物电解质由于室温离子电导率低、力学强度较差的缺点限制了其在锂离子电池上的应用。结合目前研究的最新进展,本文针对几种常用凝胶聚合物电解质体系聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚乙烯醇缩醛进行了综述,对其制备方法以及通过聚合物调控、加入无机填料和复合离子液体进行改性处理做了较全面的介绍,并探讨了凝胶聚合物电解质的应用前景。     

PVA-KOH-H_2O碱性凝胶聚合物电解质的制备与表征

应用溶解-铸膜法制备聚乙烯醇(PVA)-KOH-H2O碱性凝胶聚合物电解质膜。用交流阻抗测试电解质膜离子电导率,结果表明随KOH含量增加,电解质膜的电导率先增后减,当m(PVA):m(KOH)=3:4.5时(质量比,下同),室温电导率达到最大值,为4.63×10-2S/cm。聚合物电解质膜的电导率随温度的变化基本符合Arrhenius方程。加入KOH后,PVA结构从晶态向非晶态转变,结晶度降低,热稳定性提高。循环伏安和DSC热分析显示该聚合物电解质膜具有很好的电化学稳定性和热稳定性。有望应用于碱性二次电池。     

P(MMA-VAc-LiAA)聚合物电解质的制备及表征

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、醋酸乙烯酯(VAc)和丙烯酸锂(LiAA)为单体,采用种子乳液聚合法制备了(P(MMA-VAc-LiAA)三元共聚物.利用红外光谱(FTIR),核磁共振(~1HNMR),差示扫描量热(DSC) /热重分析(TG),X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)等方法对聚合物的结构进行了表征.将P(MMA-VAc-LiAA)与LiClO_4共混,采用流延法制备了聚合物电解质膜,用交流阻抗方法测试了电解质膜的电导率,结果表明,该聚合物电解质室温离子电导率可以达到10~(-3)S/cm.而且离子电导率随着温度的升高而迅速增加,电导率-温度曲线符合Arrhenius方程.机械性能测试结果表明,在P(MMA-VAc)的基础上,引入第三单体LiAA可以改善膜的收缩性与力学性能.     

新型离子液体-CO_2吸收制冷工质对选择及吸收特性

离子液体(ILs)-CO_2作为一种新型吸收制冷工质对,ILs种类的选择对其工质对性能及吸收式制冷循环特性至关重要。ILs对CO_2的吸收性能与ILs种类、阳离子结构、体系温度及CO_2分压有直接关系。本文建立了一套ILs吸收CO_2的实验台,并以低粘度、较优吸收性能为原则初选了4种咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐ILs([emim][Tf_2N]、[bmim][Tf_2N]、[hmim][Tf_2N]和[omim][Tf_2N])为研究对象。在温度298.15 K、313.15 K及328.00 K,压力2.0~5.0 MPa条件下,分别测定了CO_2在以上4种ILs中的溶解特性。结果表明:咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐ILs对CO_2有较好的吸收性能;CO_2在同族ILs中的溶解度随阳离子烷基链长度的增加而增大,其在4种ILs中的溶解度顺序为:[emim][Tf_2N][bmim][Tf_2N][hmim][Tf_2N][omim][Tf_2N];随着温度和压力的逐渐升高,CO_2溶解度的变化幅度逐渐减小。本文还给出了3种温度下CO_2在[omim][Tf_2N]中的溶解度与压力的关联式。     

纤维素基离子凝胶聚合物电解质的制备与性能

通过原位交联木浆纤维素/1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐溶液制备了纤维素基离子凝胶聚合物电解质,并采用扫描电子显微镜(SEM)、流变、力学拉伸及交流阻抗等测试,研究了纤维素基离子凝胶的形貌﹑力学性能和电化学性能。SEM结果表明,所得交联型离子凝胶具有纳米多孔网状结构。流变结果表明高温下离子凝胶具有很好的弹性,200℃时的弹性模量为1.7×105 Pa。电学性能测试结果表明室温下离子凝胶具有很高电导率,达到6.3×10-3 S/cm,且电导率随温度的升高而增大。力学性能测试结果显示离子凝胶具有良好的力学强度,其拉伸强度达9.6 MPa。     

改性硅藻土/聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物插层结构多孔聚合物电解质的制备及电化学性能EI北大核心CSCD

采用聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)]为基体,掺杂不同质量分数的表面改性硅藻土,通过浇铸-热压法制膜。利用扫描电镜、X射线衍射、热重-差示扫描量热法、交流阻抗法等测试手段对电解质膜的物理和电化学性能进行了表征与测试。实验表明,添加2%改性硅藻土的聚合物电解质膜相比于纯聚合物电解质膜的孔隙率、吸液率和热稳定性都有所提高,结晶度降低,界面稳定性极大改善,电导率(30℃)和电化学稳定窗口分别达2.90 mS/cm和5.5V。表明在聚合物基体中嵌入高开孔结构的硅藻土构成插层结构的方案具有取代造孔剂制膜方法的可能性。     

改性硅藻土/聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物插层结构多孔聚合物电解质的制备及电化学性能

采用聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)]为基体,掺杂不同质量分数的表面改性硅藻土,通过浇铸-热压法制膜。利用扫描电镜、X射线衍射、热重-差示扫描量热法、交流阻抗法等测试手段对电解质膜的物理和电化学性能进行了表征与测试。实验表明,添加2%改性硅藻土的聚合物电解质膜相比于纯聚合物电解质膜的孔隙率、吸液率和热稳定性都有所提高,结晶度降低,界面稳定性极大改善,电导率(30℃)和电化学稳定窗口分别达2.90 mS/cm和5.5V。表明在聚合物基体中嵌入高开孔结构的硅藻土构成插层结构的方案具有取代造孔剂制膜方法的可能性。