磺酸型聚乙烯亚胺单离子导体聚合物电解质的制备及其电化学性能研究

通过胺基与双键官能团的迈克尔加成反应将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸锂(AMPSLi)接枝到聚乙烯亚胺(PEI)链上,对PEI进行功能化改性制备磺酸型单离子导体PEI-AMPSLi,再与聚丙烯腈(PAN)通过静电纺丝制备纳米纤维膜.纳米纤维膜吸收电解液后得到单离子导体聚合物电解质,经热交联处理的聚合物电解质具有10.6...     

聚合物固态电解质设计策略

电解质作为锂离子电池中最为关键的部分之一,决定了锂离子电池的性能。固态电解质相比传统的电解液具有良好的机械强度、优越的安全性等,其中聚合物固态电解质不仅极大降低了锂离子电池的安全隐患,同时表现出优异的机械加工性能,具有良好的弹性和柔韧性,易制备加工成不同的形状。相较于氧化物固态电解质,聚合物固态电解质的柔性使其能很好地贴合电极,阻抗低,合成条件较为简易,对温度、压力等环境要求不苛刻,适宜规模化生产。但聚合物固态电解质的发展应用仍然存在诸多阻碍,在室温下,其离子电导率远远达不到目前对于锂离子电池能量密度的理想需求。既要兼顾聚合物的离子电导率,又要尽可能保留机械强度,是目前需要解决的首要问题。需要搞清楚在分子层面影响聚合物固态电解质离子电导率和高压稳定性的因素,同时探索新型聚合物、共聚物、复合型材料用于其制备中。调节分子间相互作用是一种有前途的提高离子电导率的解决方案。目前相关研究主要集中在开发新型聚合物、开发有效添加剂、针对不同电池系统优化聚合物固态电解质的微观结构三个方面。     

锂离子电池用（聚）离子液体电解质

锂离子电池已广泛应用于便携式电子设备和电动汽车等领域,然而商用锂离子电池中含有大量易燃的碳酸酯类有机溶剂,容易造成安全隐患。离子液体具有蒸汽压低、化学结构设计多样性、热稳定性及电化学稳定性优异等优点,可以用来代替易燃有机溶剂,在电化学储能领域具有广阔的应用前景。聚离子液体是一类聚合物重复单元上含有阴、阳离子的新型聚合物电解质材料,兼具离子液体和聚合物固态电解质不漏液、易于加工的优势。根据离子液体和聚离子液体化学结构的设计合成及其在锂离子电池中的应用形式,综述了近年来离子液体电解质的研究进展,并提出了离子液体电解质未来的应用挑战和发展方向。     

锂离子电池凝胶电解质研究进展

锂离子电池（LIB）是日常生活中最常见的便携式储能设备。然而,传统的锂离子电池多使用液态电解质（LE）,存在易泄漏、易燃易爆且有毒等危险,其安全性日益受到关注。与LE相比,凝胶聚合物电解质（GPE）安全性更好且其电化学性能最接近LE,成为近年来电解质方面的研究重点。本文综述了近年来国内外GPE在LIB方面的研究进展,总结了传统聚合物基质采用交联、共聚或共混改性以提高电解质电化学性能及改善安全性方面的研究,并介绍了可再生、可降解的高分子材料在LIB方面的应用,旨在为研究功能性更强的GPE及高性能电极材料的研究提供参考。     

聚偏氟乙烯基凝胶聚合物电解质的研究进展

凝胶聚合物电解质(gel polymer electrolyte,GPE)作为液体电解质向固体电解质过渡的一个中间产物,因可以综合液体电解质和固体电解质的优点而受到广泛关注.聚偏氟乙烯及其共聚物聚偏氟乙烯-六氟丙烯拥有较高的介电常数,这有利于锂离子的电离、离子电导率的提高,进而能够改善锂离子电池的电化学性能,因此,是一种具有应用潜力的制备GPE的聚合物材料.本文综述了近五年基于聚偏氟乙烯GPE的研究进展,重点介绍了以下四类GPE:①基于聚偏氟乙烯以及聚偏氟乙烯-六氟丙烯的单一聚合物GPE;②与其他聚合物材料(如聚丙烯酸甲酯、聚间苯二甲酰胺、聚丙烯腈等)的复合GPE;③与无机纳米材料(如三氧化二铝、二氧化硅、氧化石墨烯等)复合的GPE;④其他新型(聚偏氟乙烯类聚合物与纤维素复合)的GPE研究进展.本文简述了各类复合GPE的优势和面临的挑战,最后,分析了基于聚偏氟乙烯GPE在产业化应用过程中面临的问题,并展望了此类GPE未来的发展方向和研究重点.     

锂电池用全固态聚合物电解质的研究进展

目前大规模商业化的锂二次电池普遍采用有机碳酸酯类的液态电解质,易泄露、易燃烧、易爆炸等安全问题限制了该类电解质的进一步应用。全固态聚合物电解质（all-solid-state polymer electrolytes,ASPEs）电池具有安全性能好、能量密度高、工作温度区间广、循环寿命长等优点,是锂离子电池领域的研究热点之一。ASPEs通常还具有优异的力学性能,可以很好地抑制锂金属电极在充放电过程中的枝晶生长,所以在锂金属电池领域也具有十分重要的应用前景。作者综述了研究较多的几种ASPEs体系,包括聚氧化乙烯（PEO）基体系、聚碳酸酯基体系、聚硅氧烷基体系、聚合物锂单离子导体体系。PEO基ASPEs是研究最早且研究最多的一类ASPEs材料,但其高结晶性造成室温Li+迁移困难、离子电导率低等问题,所以研究人员研发了一系列降低PEO结晶度、提升体系离子电导率的改性手段。聚碳酸酯基ASPEs主链结构中含有强极性碳酸酯基团而且室温无定形态,使得锂盐更容易解离,且室温离子电导率一般较PEO基要高,是比较有潜力的PEO基ASPEs替代材料。除了碳链聚合物,玻璃化转变温度较低的聚硅氧烷基ASPEs体系也因为其较高的离子电导率受到研究人员关注。在锂电池充放电过程中,Li+才是有效载荷子,电解质中阴离子的迁移会增加电解质体系的浓差极化,所以阴离子不发生迁移、Li+迁移数接近于1的聚合物锂单离子导体也是一类具有研究价值的ASPEs材料。最后,本综述讨论了全固态聚合物电解质的应用前景及未来发展方向,指出了PEO基体系的研究重点在于发展有机-无机复合体系、聚碳酸酯基体系的研究重点在于发展与其它聚合物的共混体系、聚硅氧烷基体系的研究重点在于增强体系力学性能、聚合物锂单离子导体体系的研究重点在于设计离子电导率更高的新型聚阴离子锂盐。     

固态锂电池聚合物电解质研究进展

目前锂离子电池的关键挑战是如何提高电池的能量密度和电池的安全性,使用固态电解质的固态锂电池可以有效地缓解这两个问题。固态电解质是固态电池发展的关键材料。固态聚合物电解质(solid-statepolymer electrolyte,SPE)具有较高的柔韧性、优良的加工性和良好的界面接触性,是固态锂金属电池理想的电解质材料。SPE的离子导电性、电化学窗口以及与电极之间界面的稳定性对固态锂电池的综合性能起着至关重要的作用。根据电化学稳定窗口的不同,本文主要综述了：(1)低电压稳定SPE,与锂金属具有良好的相容性,通过交联、共混、共聚以及与无机填料复合的方法可以有效降低其结晶度,提升聚合物离子电导率;(2)高电压稳定SPE体系,能够匹配高电压正极使用,有效提高锂金属电池的能量密度;(3)多层结构SPE体系,能够同时承受锂金属负极的还原和高电压正极的氧化,为进一步开发高性能SPE和提高电池能量密度提供了新思路。最后,对三种SPE体系进行了总结和展望,指出低电压稳定SPE的研究重点在于提高离子电导率以及力学性能,高电压稳定SPE的关键在于降低材料的最高占据分子轨道(highest occupie...     

PVDF-HFP基凝胶固态聚合物电解质的合成与锂离子电池性能

聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)基凝胶聚合物电解质被认为是解决锂电安全性问题的一种有前途的固态电解质.然而,目前报道的是凝胶固态聚合物电解质由于含有大量易燃物质,安全性仍然无法保证.因此,本文合成制备基于PVDF-HFP的新型凝胶聚合物电解质,使用丁二腈(SN)作为塑化剂,双三氟甲基磺酰胺亚锂(LiTFSI)作为锂盐,利用热交联法原位制备了高热稳定性的新型凝胶固态聚合物电解质(GSPE).优化后的凝胶聚合物电解质离子电导率在25℃时可高达3.7×10?3 S/cm,电化学窗口室温下可达4.5 V.此外,凝胶聚合物电解质与电极具有良好的界面相容性;组装的磷酸铁锂电池在1 C下循环80次,容量保持率为89％.本项研究工作展示了高性能凝胶聚合物电解质对提升锂离子电池的循环稳定性与安全性具有较大潜在的应用价值.     

锂离子电池氧化物固态电解质研究进展

可充电锂离子电池（LIB）是移动和固定存储系统中最具潜力的电池体系。然而,传统锂离子电池中不稳定的电沉积和不可控的界面反应会在液体电解质中发生,导致电池存在安全隐患。采用固态电解质（SSE）的全固态锂离子电池因具有高安全性、高可靠性和高能量密度可满足许多方面对储能的要求。但要实现商业化,SSE依然面临诸多挑战,如室温离子电导率较低（1×10^-5 ~ 1×10^-3 S/cm）以及电极和电解质之间的界面稳定性差等。为加快SSE的研究与开发,分别对无机钙钛矿（LLTO）型、石榴石（LLZO）型和钠快离子导体（NASICON）型固态电解质的结构和电导率改性进行了综述,特别强调了电解质与电极界面的重要性及其对电池性能的影响。     

锂离子电池电解液添加剂的研究进展

综述了锂离子电池电解液添加剂的发展现状,根据作用功能,添加剂主要可以分为以下几类:改善SEI膜性能添加剂、过充电保护添加剂、提高电解液低温性能添加剂和改善电解液热稳定性添加剂等,分别从作用机理进行了探讨,展望了添加剂在锂离子电池未来发展中的前景。     

染料敏化太阳能电池中准固态聚合物电解质的研究进展

染料敏化太阳能电池（DSSC）制备工艺简单、制造成本低廉且转换效率高,是太阳能电池的重要发展方向,具有广泛的应用前景。目前,基于液态电解质的DSSC的光电转换效率最高已达到13%,但液态电解质封装困难、长期稳定性差等问题阻碍了其实际应用。近些年来,固态和准固态电解质引起了研究学者们的广泛关注。其中准固态聚合物电解质因具有较高的离子电导率、良好的电池界面接触和可加工性能,成为制备高性能DSSC的重要研究方向之一。根据特征、形成机制和电解质的物理状态,可将准固态聚合物电解质分为四大类：准固态热塑性聚合物电解质,准固态热固性聚合物电解质,准固态复合型聚合物电解质和准固态离子型聚合物电解质。本文分析了基于这几类准固态聚合物电解质的DSSC的性能参数,并对其存在的问题和未来的研究方向进行了探讨。     

锂离子电池热安全防控技术的研究进展

在众多储能技术中,锂离子电池以其能量密度大、能量转换效率高、循环寿命长、应用范围广、对环境友好等优势,成为当前最具应用前景的电力系统电池储能技术之一。但现有锂离子电池体系无法从本质上保证其安全性,在使用过程中具有发生热失控乃至燃烧、爆炸等安全事故的风险。本文就锂离子电池的热失控机理、电池本体的安全设计、安全预警、电池组热失控起火的阻燃装置以及消防安全的研究进展进行了综述。     

Progress of electrolyte additives for high-capacity power lithium ion batteries

动力电池是新能源汽车的核心部件,而电解液是制约动力电池发展的关键。电解液一般由碳酸酯类溶剂、锂盐和添加剂组成,其性质对电池的高低温、倍率、寿命等性能有显著影响。高比能动力电池所需电解液的主要开发策略是利用功能添加剂在电池正、负极同时形成稳定的保护膜,同时稳定界面。文章回顾了近年来匹配高压正极材料和高容量硅碳负极材料所需添加剂的组成和基本功能,论述了添加剂作用机理和发展趋势,认为300 W·h/Kg高能量密度电池电解液的关键在于开发新型多功能添加剂。     

Preparation and properties of lithium sulfonated polyoxadiazoles electrolyte

以硫酸肼（HS）、对苯二甲酸（TPA）、4，4'-联苯醚二甲酸（DPE）为单体，发烟硫酸做溶剂和脱水剂一步合成了一系列不同TPA和DPE单体配比的磺化聚芳噁二唑（SPOD），再通过氢氧化锂中和得到聚芳噁二唑磺酸锂（Li-SPOD）聚合物电解质，采用浇铸成膜法制得Li-SPOD电解质膜，研究改变TPA和DPE两种单体配比对Li-SPOD结构及性能的影响。结果表明，几种不同单体配比均能实现在聚合过程中一步得到SPOD，磺酸基团接枝在DPE结构的苯环上，并且可以达到理论接枝量；同时Li-SPOD电解质膜的聚集态结构差异很小；热性能的表现均非常优异，初始热分解温度都在450 ℃以上；力学性能随DPE单体含量的增加稍有下降但依然保持在较高的水平；电导率约为10^-5S/cm级别，随DPE含量增加而逐渐降低；Li-SPOD固态电解质电化学稳定性较好，对锂稳定电化学窗口均在4.0 V以上。     

Research progress on safety of lithium ion battery electrolyte

锂离子电池的能量密度及其安全问题是限制其在电动汽车应用中的主要障碍。随着能量密度的不断提升,当务之急是有效解决锂离子电池的安全性问题。锂离子电池安全问题本质上与当前电解液中使用的高挥发性、易燃的有机溶剂有关。因此,本文主要从电解液的燃烧性角度,介绍了电解液在锂离子电池材料安全性方面的研究现状,包括阻燃添加剂、不燃性氟代有机溶剂、高浓度电解液及固液混合电解质的应用等,分析其对安全性能提升的机理,并对电解液的发展方向进行了展望。