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。     

原位复合法制备TiO2 / ( PEO)8LiClO4 聚合物电解质

以聚氧化乙烯/ 高氯酸锂络合物( ( PEO)₈LiClO₄ ) 为基体, 通过钛酸四丁酯的水解缩合反应在基体中原位生成TiO₂粒子, 制备了TiO₂ / ( PEO)₈LiClO₄复合聚合物电解质膜。采用SEM、DSC 和交流阻抗方法分别研究了电解质膜的表面形貌、热性能和离子导电性能。结果表明, 原位生成的TiO₂ 粒子均匀分散于PEO 基体中。复合TiO₂后电解质膜的玻璃化转变温度和结晶度降低。电解质膜的离子导电行为满足Arrhenius 方程, 并在5 %TiO₂含量时体系的电导率出现最大值5. 5 ×10 -5 S/ cm (20 ℃) 。以此膜为电解质组装的全固态聚合物锂电池放电时电压平稳, 20 次循环后放电容量保持在107 mAh/ g。      

用于室温全固态锂金属电池的精准丁二腈官能团化聚氧化乙烯固态电解质（英文）

聚环氧乙烷(PEO)聚合物电解质有望应用于全固态锂金属电池.然而,目前还没有提出有效的方法制备全固态PEO电解质,以克服其在室温下无法使用的局限性.在本研究中,我们基于聚合物C-H键功能化策略,通过在聚合物链上直接共价连接具有锂配位活性的丁二腈官能团,设计出了一种高离子导电性PEO电解质.该官能团有效增强了PEO链的无序性和流动性,同时也作为链间快速离子传导的活性位点,从而实现了离子周围自由体积和迁移行为的双重优化.得益于官能团对离子输运的精准调节,新型电解质表现出更强的离子传导性(离子电导率提升100倍)、更高的转移数(t_Li⁺=0.51)和更宽的电化学窗口(>0.47 V).特别是功能化的PEO_300k电解质具有超高室温离子电导率(25℃时为1.01×10^-4 S cm^-1)并且能够在室温下稳定工作,该研究为开发具有实际应用价值的聚合物电解质提供了新的途径.     

单锂离子聚合物固态电解质的制备及高温电化学性能研究

以聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMEM)为PEO基体，通过自由基聚合反应接枝2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)单体，并用氢氧化锂溶液进行锂化反应，最后得PEGMEM-co-AMPS-Li单离子聚合物固态电解质。PEGMEM为锂离子提供迁移路径，接枝单体AMPS可有效抑制PEGMEM中氧乙烯(EO)链段的结晶，同时将锂离子引入到共聚物中形成单离子电解质。该电解质具有良好的锂离子迁移数和电化学窗口，且与正负电极接触表现出良好的界面相容性，展现了高性能单离子聚合物电解质在提升锂离子电池安全性及倍率循环稳定性上潜在的应用价值。     

一种提锂杂化膜的制备及其提锂性能研究

将提锂吸附剂前驱体尖晶石型锰氧化物（Spinel-type manganese oxide,SMO）Li_1.6-Mn_1.6O₄与聚氯乙烯（PVC）杂化,采用溶剂-非溶剂交换法成功制备了用于海水提锂的平板膜.该杂化膜用酸处理抽出其中的锂得到具有提锂性能的膜,对膜进行了一系列提锂性能测试.实验结果表明,酸洗处理后的膜对富锂溶液中锂的吸附约6 h达平衡,最大吸附量为29 mg/g,之后采用0.5 mol/L HCl溶液脱锂约1 h锂的脱出基本达到平衡,Li⁺的脱附率在95%左右,锰的溶损率在3.5%左右.该膜在含有Li⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺离子的竞争吸附过程中对Li⁺表现出很好的选择性,同时重复实验也表明,这种提锂杂化膜具有很好的稳定性.     

固态锂电池用MOF/聚氧化乙烯复合聚合物电解质(英文)

固态聚合物电解质具有柔韧性好和易于加工的优势,可制备各种形状的固态锂电池,杜绝漏液问题。但固态聚合物电解质存在离子电导率低以及对锂金属负极不稳定等问题。本研究以纳米金属–有机框架材料UiO-66为聚合物电解质的填料,用于改善电解质的性能。UiO-66与聚氧化乙烯(poly(ethylene oxide), PEO)链上醚基的氧原子的配位作用以及与锂盐中阴离子的相互作用,可显著提高聚合物电解质的离子电导率(25℃,3.0×10^–5 S/cm;60℃,5.8×10^–4 S/cm),并将锂离子迁移数提高至0.36,电化学窗口拓宽至4.9V。此外,制备的PEO基固态电解质对金属锂具有良好的稳定性,对称电池在60℃、0.15mA·cm^–2电流密度下可稳定循环1000h,锂电池的电化学性能得到显著改善。     

聚离子液体复合PEO制备高性能全固态聚合物电解质

用化学共沉淀法固态聚合物电解质(SPE)因其独特的安全性能受到越来越多的关注。以聚环氧乙烷(PEO)为基体,通过引入聚离子液体(PIL),制备了一种新型SPE(PIL@PEO SPE)。通过将PIL穿插于PEO链段中,有效降低了PEO的结晶度,提高了SPE的离子电导率(6.63×10^-4 S/cm)。由其制备的固态电池在0.5C,60℃时,Li/LiFePO4电池首次放电容量高达147.6 mAh/g,经过长达300圈充放电循环,容量保留率仍然在90%以上。     

分子间相互作用对复合固态聚合物电解质离子电导率的影响机制

以聚氧化乙烯(PEO)为基体、埃洛石纳米管(HNTs)为填料,采用溶液浇铸法制备了系列聚氧化乙烯/高氯酸锂/埃洛石(PEO/LiClO_4/HNTs)固态聚合物电解质。系统研究了HNTs经表面改性前后对PEO结晶性能、锂盐解离度及离子电导率的影响机制。透射电子显微镜和比表面积表征结果表明,HNTs经硫酸处理后(A-HNTs),可在保持纳米管形貌的基础上使其比表面积从33.15 m~2/g增加到104.73 m~2/g; X射线衍射和差示扫描量热法分析结果表明,HNTs经表面改性处理,可增加分子间的相互作用,进一步降低PEO的结晶度;光学显微镜结果证明,HNTs的加入可使PEO球晶尺寸减小,表面改性处理可进一步使PEO结晶细化;傅里叶变换红外光谱和离子电导率测试结果表明,通过对HNTs纳米管表面基团的控制,可以提高LiClO_4解离程度,获得的电解质膜在40℃的离子电导率高达1.35×10~(-4) S/cm。     

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。     

PEO-Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3固态聚合物电解质的制备与特性

将实验室制备的Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3与PEO根据不同EO/Li摩尔比,通过溶液浇铸法技术制备了锂离子导电的PEO-Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3固态聚合物电解质(SPE)膜,真空干燥后经X射线衍射分析、红外(IR)测试、示差扫描量热分析(DSC)分析和电化学阻抗测试(EI)研究了其结构与电导率性能之间的关系.证实了在固态聚合物电解质PEO-Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3体系中存在络合体,并且当EO/Li=16时,这种聚合物电解质活化能最低值为0.475 eV,电导率值最佳,即25℃为2.631×10-7S/cm,100℃为1.185×10-4S/cm.     

增塑盐改性准固态电解质染料敏化纳米晶太阳能电池

实验使用一种增塑性试剂—双（三氟甲基磺酰）亚胺锂改性PEO-PVDF基聚合物电解质设计并制备了一系列不同浓度双（三氟甲基磺酰）亚胺锂[LiN（SO2CF3）2,LiTFSI]改性的PEO基聚合物电解质。在聚合物电解质中LiTFSI起着增塑剂的作用,经其改性后,聚合物电解质的玻璃化转变温度降低,有利于高分子链段运动和离子传输,进而提高离子的电导率。最终对经增塑盐改性的电解质的特性及其所组装的染料敏化纳米晶太阳电池的光电转换性能进行了研究。     

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。     

锂离子电池陶瓷复合全固态电解质的制备和性能研究

以负载Al₂O₃的无纺布为支撑膜, 浸涂PEO-LAGP-SN-LiTFSI的乙腈共混液干燥后制得新型复合固态电解质膜(CLASP)。该膜的热稳定性好, 即使在170℃的高温下依然不发生形变。当浸涂共混液中PEO: LAGP: SN: LiTFSI为3: 1: 1: 1, 固含量为10wt%时, 室温电导率可以达到3.66×10^-5 S/cm, 100℃时电导率可达2.52×10^-4 S/cm. CLASP膜的电化学窗口宽, 以该膜代替液态电解质装配的全固态LiFePO₄/CLASP/Li电池, 在55℃循环时表现出良好的循环稳定性, 高的库伦效率, 有望成为电化学性能优越的全固态电解质。     

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。     

(PEO)8LiClO4-TiO2复合电解质膜的制备表征及导电性能

以聚氧化乙烯/高氯酸锂复合物(简记为(PEO)8L iC lO4)为基体,通过钛酸丁酯的水解缩合反应在其中原位生成T iO2粒子,制备了(PEO)8L iC lO4-T iO2复合聚合物电解质膜,采用原子力显微镜(AFM)、差示扫描量热法(DSC)和交流阻抗方法研究了复合电解质膜的形貌、结晶、熔融行为和离子电导率。结果表明,T iO2粒子在基体中分散均匀,加入T iO2后复合电解质体系的玻璃化转变温度和结晶度均有所下降,而电导率明显提高,当T iO2添加量为5%时电导率最大,20℃和80℃的电导率分别为5.5×10-5S/cm和1.1×10-3S/cm。     

DOPO-KH560改性聚氧化乙烯聚合物固态电解质的制备及性能

利用9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)改性3-缩水甘油氧基-丙基三甲氧基硅烷(KH560)合成了阻燃效果优异的硅/磷协效阻燃剂,并与聚氧化乙烯(PEO)、锂盐复合制备聚合物固态电解质,研究其对PEO基电解质的热稳定性和电化学性能的影响。通过对聚合物固态电解质的组成、热稳定性和电化学性能研究表明,当DOPO-KH560质量分数为10%,n(EO)∶n(Li~+)=8∶1时,DOPO-KH560/PEO/LiTFSI电解质的室温电导率高达1.8×10~(-4) S/cm,在4.9 V以下能够保持电化学稳定;以该电解质制备的LiFePO_4/Li半电池可以在80℃下稳定使用,在0.2 C电流密度、循环80次后可逆比容量为136.5 mA·h/g,具有优异的循环稳定性。     

锂离子筛前驱体Li4Mn5O12的制备及性能研究

吸附法是目前从低锂浓度的盐湖卤水中提取锂的最有前途的方法。采用EDTA-柠檬酸络合法制备了Li₄Mn₅O₁₂前驱体, 经酸浸脱锂后得到对Li⁺具有特殊选择性的锰氧化物锂离子筛。通过热重、XRD、SEM、FT-IR、化学组成、吸附动力学及共存金属离子的分配系数等手段对样品的晶相结构和Li⁺选择性吸附性能进行了研究。结果表明: 煅烧时间对Li₄Mn₅O₁₂前驱体生成有较大影响, 由400℃煅烧24 h所得的前驱体几乎为纯相的Li₄Mn₅O₁₂化合物, 经酸浸脱锂后的离子筛仍保持着与前驱体相同的尖晶石结构; 前驱体Li₄Mn₅O₁₂和离子筛MnO₂均为 200 nm左右的球状颗粒; 离子筛的最大吸附容量为43.1 mg/g, 并具有较好的Li⁺选择性。     

原位聚合三维陶瓷骨架增强全固态锂电池电解质

有机/无机复合电解质被认为是全固态锂电池中最具潜力的固态电解质之一, 但由于无机填料易团聚, 通过提高无机填料含量来改善复合电解质的电导率难有成效。此外, 在全固态锂电池中, 电解质和电极之间松散的固-固接触造成过大的界面阻抗, 限制了全固态锂电池的性能。本研究采用固相法合成具有Li⁺连续传输通道的自支撑三维多孔Li_6.4Al_0.1La₃Zr_1.7Ta_0.3O₁₂骨架, 并利用原位聚合的方法构筑一体化电解质/电极固-固界面。此策略指导合成的复合电解质的室温电导率可达1.9×10^-4 S·cm^-1。同时, 一体化的界面使得Li-Li对称电池的界面阻抗从1540 Ω·cm ²降低至449 Ω·cm ², 因此4.3 V(vs. Li⁺/Li)的LiCoO₂|Li全固态锂电池展现出良好的电化学性能。     

三(甲氧基聚乙二醇)-铝酯锂离子电池聚合物电解质的制与研究

以 甲 氧 基 聚 乙 二 醇 甲 基 丙 烯 酸 酯(MPEGM)和 十 六 烷 基 聚 乙 二 醇 甲 基 丙 烯 酸 酯(HPEGM)为 单 体,三(甲 氧 基 聚 乙 二 醇)-铝 酯(MPEG-Al酯)为增塑剂,锂盐为高氯酸锂(LiClO4),采用 自 由 基 溶 液 聚 合 法 制 备 了 聚 合 物 电 解 质P(MPEGM-HPEGM)/MPEG-Al。用 红 外 光 谱(FT-IR)、差热分析(DSC)和交流阻抗等方法对聚合物及电解质的 结 构 与 性 能 进 行 了 研 究。测 试 结 果 表 明,MPEGM和HPEGM共 聚 生 成P(MPEGM-co-HPEGM);聚合物中聚氧化乙烯(PEO)链段的运动能力得到提高,有利于离子传输;聚合物电解质膜具有优良的热稳定性和电化学稳定性;以MPEG7-Al为增塑剂,当m(MPEGM)∶m(HPEGM)∶m(MPEG7-Al)=4∶1∶5,n(Li+ )∶n(EO)=1∶20时,30℃下,聚合物电解质的离子电导率最高达到0.43×10-3S/cm;离子迁移数达到0.3;电化学窗口为4.8V。     

三(甲氧基聚乙二醇)-铝酯锂离子电池聚合物电解质的制备与研究

以甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(MPEGM)和十六烷基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(HPEGM)为单体,三(甲氧基聚乙二醇)-铝酯(MPEG-Al酯)为增塑剂,锂盐为高氯酸锂(LiClO4),采用自由基溶液聚合法制备了聚合物电解质P(MPEGM-HPEGM)/MPEG-Al。用红外光谱(FT-IR)、差热分析(DSC)和交流阻抗等方法对聚合物及电解质的结构与性能进行了研究。测试结果表明,MPEGM和HPEGM共聚生成P(MPEGM-coHPEGM);聚合物中聚氧化乙烯(PEO)链段的运动能力得到提高,有利于离子传输;聚合物电解质膜具有优良的热稳定性和电化学稳定性;以MPEG7-Al为增塑剂,当m(MPEGM)∶m(HPEGM)∶m(MPEG7-Al)=4∶1∶5,n(Li+)∶n(EO)=1∶20时,30℃下,聚合物电解质的离子电导率最高达到0.43×10-3S/cm;离子迁移数达到0.3;电化学窗口为4.8V。