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。     

POSS-(PMMA46)8浸渍涂覆商业PP隔膜的结构与性能

为了提高锂离子电池的安全性能,降低其界面阻抗,选用既具有优异耐热性能又与聚合物有良好相容性的POSS杂化聚甲基丙烯酸甲酯(POSS-(PMMA 46 ) 8)作为改性剂,通过在商业聚丙烯(PP)隔膜上浸渍POSS-(PMMA 46 ) 8制备改性商用PP隔膜,分析隔膜的力学性能、热收缩性能、界面性能、离子电导率及电化学性能。结果表明:当POSS-(PMMA 46 ) 8质量分数为40%时,复合膜的孔丰富均一,润湿性最佳,拉伸强度是未改性前的5.34倍,且在160℃/1h下具有较高的热稳定性。此复合膜电导率为1.35×10 -3 S/cm,与电极的界面阻抗由原来的743Ω降为152Ω;Li/改性隔膜/LiFePO 4扣式电池的充放电循环稳定性较好,低倍率下的电池容量与商业PP隔膜相当。     

改性SiO2/PVDF-HFP/PP无纺布复合膜的制备及电化学性能

利用γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)改性纳米SiO2(简称KH570@SiO2),与聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)溶液混合,涂覆于聚丙烯(PP)无纺布上,制成KH570@SiO2/PVDF-HFP复合PP无纺布的锂离子电池隔膜。研究复合隔膜的物理性质,并分别与不含纳米SiO2的体系以及含未改性纳米SiO2的体系进行比较。通过扫描电子显微镜(SEM)、万能材料试验机、交流阻抗和充放电循环等测试,对复合隔膜的形态、力学性能和电化学性能等进行研究。结果表明,改性的纳米SiO2能够在复合隔膜中更好地分散,微孔更加均匀,而且复合隔膜的热性能和吸液率也有明显的提高。KH570@SiO2/PVDF-HFP/PP无纺布复合隔膜的离子电导率最高,可达1.5×10-3S/cm,组装的电池在0.2 C的充放电倍率下经过100次循环,放电比容量稳定,保持在146.6 mAh/g左右。     

EVOH-SO3Li/P(VDF-HFP)/HAP锂离子电池隔膜的制备及电化学性能EI北大核心CSCD

以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(P(VDF-HFP))、纳米羟基磷灰石(HAP)和聚乙烯-乙烯醇共聚物的磺化物(EVOH-SO3Li)为原料进行高压共混静电纺丝,制备出EVOH-SO3Li/P(VDF-HFP)/HAP锂离子电池隔膜。利用FTIR,SEM,电化学工作站和电池检测系统对隔膜进行测试分析。结果表明:EVOH-SO3Li隔膜为粗细均匀的三维网络结构,加入P(VDF-HFP)和HAP后,EVOH-SO3Li/P(VDF-HFP)/HAP复合隔膜呈现出树枝形状的三维网状结构,提高了隔膜的孔隙率和吸液率,与纯EVOH-SO3Li隔膜相比,分别提高了37.5%和91.6%。同时表现出良好的电化学性能,组装的锂离子电池的电化学稳定窗口为5.65V,界面阻抗降至184.24Ω,离子电导率则提高至2.686×10^-3 S·cm^-1;在0.5 C放电电流下循环100次后容量保持率为96.69%,与EVOH-SO3Li隔膜相比各项性能均有所提高。     

硅烷改性交联聚醚凝胶电解质的制备及性能研究

合成了硅氧烷封端的聚氧化乙烯,并通过硅氧键交联的方法制备了柔性且兼具优异拉伸强度的自支撑膜材料。将其与LiPF_6电解液配合制备了凝胶型聚合物电解质,并研究了其电化学性能。研究发现,该凝胶型聚合物电解质室温电导率相比商用隔膜(celgard 2500)有着一定提升,达到1.36×10~(-3) S/cm(30℃)。线性扫描测试其电化学稳定性达到4.2 V(vs Li~+/Li)。Li/LiFePO_4电池性能首次放电容量达到134.3 mAh/g(0.5C,25℃),充放电循环200圈后未发现明显容量损失,且在大倍率充放电(2C,25℃)测试下,放电比容量仍具有118.5 mAh/g,具有出色的倍率性能。结果表明,该硅烷改性交联聚醚凝胶电解质具有较好的研究和应用前景。     

增强型P（VDF—HFP）-PMMA聚合物电解质的制备和性能

以P（VDF-HFP）-PMMA（聚四氟乙烯六氟丙烯-聚甲基丙烯酸甲酯）为聚合物基体,利用直接挥发法制备了PP／PE／PP复合膜增强型聚合物电解质。采用激光扫描共焦显微镜（LEXT）,线性伏安,交流阻抗和恒流充放电循环等测试手段,考察了PMMA的添加对聚合物电解质性能的影响。实验结果表明：PMMA的加入能使聚合物电解质吸收更多的液体电解液,从而增大离子电导率。当P（VDF—HFP）：PMMA=1时,室温下吸液量高达306％,电导率达到1．63mS／cm,电化学稳定窗口高达5．2V。以LiCoO2为正极、锂片为负极,采用该隔膜组装的聚合物锂离子电池具有很好的循环稳定性。     

纳米SiO2/LiClO4/PVDF-HFP复合凝胶聚合物电解质的制备及其电化学性能

为了解决液态电解质锂离子电池存在的安全性问题,以偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)为基体,通过加入高氯酸锂(LiC1O4)、增塑剂(碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯)、纳米二氧化硅等,制备出了具有高电导率的复合凝胶聚合物电解质.用X射线衍射仪测试聚合物电解质的结构,用交流阻抗法测定其电导率,用线性伏安扫描法研究了该聚合物电解质体系的电化学稳定性,并以其为电解质制备成锂离子电池进行充放电测试.结果表明,在20℃时复合凝胶聚合物电解质的电导率最高可达7.56×10-3S/cm,该电解质在4.6 V以下电化学窗口稳定,以其为电解质的锂离子电池具有良好的电化学性能,说明纳米SiO2/LiC1O4/PVDF-HFP复合凝胶聚合物电解质能满足锂离子电池的应用.     

纳米 SiO 2/ LiClO 4/ PVDF2 HFP复合凝胶聚合物电解质的制备及其电化学性能

为了解决液态电解质锂离子电池存在的安全性问题 , 以偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物( PVDF2 HFP)为基体 , 通过加入高氯酸锂(LiClO 4) 、 增塑剂(碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯) 、 纳米二氧化硅等 , 制备出了具有高电导率的复合凝胶聚合物电解质。用 X射线衍射仪测试聚合物电解质的结构 , 用交流阻抗法测定其电导率 , 用线性伏安扫描法研究了该聚合物电解质体系的电化学稳定性 , 并以其为电解质制备成锂离子电池进行充放电测试。结果- 3表明 , 在 20℃ 时复合凝胶聚合物电解质的电导率最高可达 7. 56×10 S/ cm , 该电解质在 41 6 V 以下电化学窗口稳定 , 以其为电解质的锂离子电池具有良好的电化学性能 , 说明纳米 SiO 2/ LiClO 4/ PVDF2 HFP复合凝胶聚合物电解质能满足锂离子电池的应用。     

隔膜表面改性法改进锂金属电极循环性能

采用等离子体接枝的方法在聚丙烯(PP)隔膜表面接枝锂磺酸根(SO3Li)基团以及甲基丙烯酸甲酯(MMA)基团.将隔膜与金属锂组装成对称电池采用恒流长时间放电、恒流充放电循环以及交流阻抗方法研究接枝的表面官能团对金属锂电极上锂沉积/溶解过程的影响.实验结果证实,表面接枝MMA和SO3Li官能团可有效促进锂的沉积/溶解动力学,降低界面电阻,抑制金属锂在反复溶解/沉积循环中枝晶的形成.     

锂离子电池正极材料Li0.99Na0.01FePO4/C的结构与电化学性能

为了提高LiFePO4的倍率性能,用碳热还原法制备了Na+掺杂的LiFePO4/C复合正极材料,并用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、恒电流充放电技术、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)研究了Na+掺杂对LiFePO4/C材料的结构、微观形貌和电化学性能的影响.结果表明,Na+掺杂的LiFePO4/C复合材料具有单一的橄榄石型晶体结构,不存在杂质衍射峰,Na+在Li位掺杂可提高材料的导电性能和Li+扩散速率,降低电极极化,能有效改善材料的循环性能和倍率性能.与LiFePO4/C相比,Li0.99Na0.01FePO4/C的0.5C、2C和5C放电比容量分别为147.6、126.4和105.1 mAh/g,并表现出良好的循环性能和倍率性能.     

SiO2/CaCO3纳米复合粒子填充改性聚丙烯

通过简单的工艺条件和步骤制备S iO2包覆C aCO3的核壳结构纳米复合粒子,采用硅烷偶联剂对其和纳米S iO2实心粒子进行表面改性处理,并用处理后的两种粒子分别对聚丙烯进行填充改性,然后比较其对复合材料力学性能的影响。结果表明,利用纳米S iO2/C aCO3复合粒子填充改性聚丙烯,可同时达到增强、增韧的目的,而且对材料力学性能的改性效果与纳米S iO2实心粒子的改性效果相近。     

Conjugated Polyelectrolytes Bearing Various Ion Densities: Spontaneous Dipole Generation,Poling‐Induced Dipole Alignment,and Interfacial Energy Barrier Control for Optoelectronic Device Applications

Conjugated polyelectrolytes (CPEs) with π‐delocalized main backbones and ionic pendant groups are intensively studied as interfacial layers for efficient polymer‐based optoelectronic devices (POEDs) because they facilitate facile control of charge injection/extraction barriers. Here, a simple and effective method of performing precise interfacial energy level adjustment is presented by employing CPEs with different thicknesses and various ion densities under electric poling to realize efficient charge injection/extraction of POEDs. The effects of the CPE ion densities and electric (positive or negative) poling on the energy level tuning process are investigated by measuring the open‐circuit voltages and current densities of devices with the structure indium tin oxide/zinc oxide/CPE/organic active layer/molybdenum oxide/gold while changing the CPE film thickness. The performances of inverted polymer light‐emitting diodes and inverted polymer solar cells are remarkably improved by precisely controlling the interfacial energy level matching using optimum CPE conditions.     

原位交联凝胶聚合物电解质的制备及性能

采用相转化法制备了聚偏氟乙烯(PVDF)和苯乙烯-氧化乙烯-苯乙烯三嵌段共聚物(PS-PEO-PS)的共混多孔前体膜,再利用芳香官能团的傅克反应将前体膜原位交联,交联膜吸收电解液后得到交联凝胶聚合物电解质(CPEs)。对交联膜的形貌、热稳定性以及CPEs的电化学性能进行了表征,探讨了嵌段共聚物中PEO的链段长度对CPEs综合性能的影响。结果表明,CPEs交联膜的孔隙率和热稳定性较纯PVDF膜有很大的提升,其中CPE-2交联膜的孔隙率最高为72.3%,300℃时仍能保持稳定的孔隙结构,且几乎没有尺寸收缩,测试用半电池室温下显示出高的离子电导率(2.09mS/cm)和良好的充放电性能。     

纳米SiO2颗粒对HDPE和PP非等温结晶行为的影响

用差示扫描量热仪(DSC)研究了纳米二氧化硅(SiO2)填充高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)两体系非等温结晶动力学行为，发现纳米SiO1／HDPE体系的非等温结晶数据不满足Ozawa方程，但符合莫氏方程；而纳米SiO2／PP体系的非等温结晶的数据同时符合莫氏方程和Ozawa方程．利用Kissinger方程计算两体系的结晶活化能，发现纳米SiO2／HDPE体系的结晶活化能比纯HDPE体系的大，纳米SiO2／PP体系的结晶活化能比PP的小，但两体系的结晶活化能都随着纳米SiO2含量的增加而增加。纳米SiO2在复合体系中明显起着异相成核的作用．     

Development of an Electrophoretic Deposition Method for the In Situ Fabrication of Ultra-Thin Composite-Polymer Electrolytes for Solid-State Lithium-Metal Batteries

All-solid-state lithium-metal batteries offer higher energy density and safety than lithium-ion batteries, but their practical applications have been pushed back by the sluggish Li⁺ transport, unstable electrolyte/electrode interface, and/or difficult processing of their solid-state electrolytes. Li⁺-conducting composite polymer electrolytes (CPEs) consisting of sub-micron particles of an oxide solid-state electrolyte (OSSE) dispersed in a solid, flexible polymer electrolyte (SPE) have shown promises to alleviate the low Li⁺ conductivity of SPE, and the high rigidity and large interfacial impedance of OSSEs. Solution casting has been by far the most widely used procedure for the preparation of CPEs in research laboratories; however, this method imposes several drawbacks including particle aggregation and settlement during a long-term solvent evaporation step, excessive use of organic solvents, slow production time, and mechanical issues associated with handling of ultra-thin films of CPEs (<50 µm). To address these challenges, an electrophoretic deposition (EPD) method is developed to in situ deposit ultra-thin CPEs on lithium-iron-phosphate (LFP) cathodes within just a few minutes. EPD-prepared CPEs have shown better electrochemical performance in the lithium-metal battery than those CPEs prepared by solution casting due to a better dispersion of OSSE within the SPE matrix and improved CPE contact with LFP cathodes.     

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.     

Cationic phenylene ethynylene polymers and oligomers exhibit efficient antiviral activity

The antiviral activities of poly(phenylene ethynylene) (PPE)-based cationic conjugated polyelectrolytes (CPE) and oligo-phenylene ethynylenes (OPE) were investigated using two model viruses, the T4 and MS2 bacteriophages. Under UV/visible light irradiation, significant antiviral activity was observed for all of the CPEs and OPEs; without irradiation, most of these compounds exhibited high inactivation activity against the MS2 phage and moderate inactivation ability against the T4 phage. Transmission electron microscopy (TEM) and SDS polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) reveal that the CPEs and OPEs exert their antiviral activity by partial disassembly of the phage particle structure in the dark and photochemical damage of the phage capsid protein under UV/visible light irradiation.     

静电组装法在纳米SiO_2表面构筑高分子刷的合成与表征(英文)

本文采用静电自组装技术在表面阳离子化的SiO2粒子（SiO2-CBAFS）上构筑了高分子刷,并采用核磁、红外、热失重、接触角和原子力显微镜分别表征了组装粉体的结构、组装量以及自组装单层膜的组装行为和表面拓扑形貌。研究结果表明,采用静电自组装技术可以成功地在SiO2-CBAFS上构筑组装量高达27％的高分子刷,远远高于国际上已见报道的采用共价键合法构筑的高分子刷的组装量（20％）。研究发现,组装量随聚合物（PS-NH—SO3Na）分子量呈非线性增长,其组装行为受到PS-NH—SO3Na的分子量和溶液浓度的影响。     

Li+‐Containing,Continuous Silica Nanofibers for High Li+ Conductivity in Composite Polymer Electrolyte

Solid‐state electrolytes have recently attracted significant attention toward safe and high‐energy lithium chemistries. In particular, polyethylene oxide (PEO)‐based composite polymer electrolytes (CPEs) have shown outstanding mechanical flexibility and manufacturing feasibility. However, their limited ionic conductivity, poor electrochemical stability, and insufficient mechanical strength are yet to be addressed. In this work, a novel CPE supported by Li⁺‐containing SiO₂ nanofibers is developed. The nanofibers are obtained via sol–gel electrospinning, during which lithium sulfate is in situ introduced into the nanofibers. The uniform doping of Li₂SO₄ in SiO₂ nanofibers increases the Li⁺ conductivity of SiO₂, generates mesopores on the surface of SiO₂ nanofibers, and improves the wettability between SiO₂ and PEO. As a result, the obtained SiO₂/Li₂SO₄/PEO CPE yields high Li⁺ conductivity (1.3 × 10^?4 S cm^?1 at 60 °C, ≈4.9 times the Li₂SO₄‐free CPE) and electrochemical stability. Furthermore, the all‐solid‐state LiFePO₄‐Li full cell demonstrates stable cycling with high capacities (over 80 mAh g^?1, 50 cycles at C/2 at 60 °C). The Li⁺‐containing mesoporous SiO₂ nanofibers show great potential as the filler for CPEs. Similar methods can be used to incorporate Li salts into other filler materials for CPEs.     

SiO2和Al2O3对PP/APP/PER膨胀阻燃体系的协同作用

聚丙烯／聚磷酸铵／季戊四醇(PP／APP／PER)是一典型的无卤膨胀体系,文中结合氧指数(LOI)及热失重分析(TGA)实验配合锥形量热仪(CONE)研究了SiO2和Al2O3对该膨胀体系阻燃、抑烟的协同作用。与文献[1]的比较表明,不具有分子筛笼形结构的SiO2或Al2O3同样也具有促进PP／APP／PER体系凝缩相快速成灰、稳定炭层、降低热释放及烟释放的作用;说明硅铝酸盐的物理结构不是影响膨胀阻燃协同作用的主要因素。