聚合物锂离子蓄电池用凝胶聚合物电解质
凝胶聚合物电解质及锂离子电池性能研究
凝胶聚合物电解质及锂离子电池性能研究传统的液态锂离子电池由于低闪点低燃点有机电解液的存在,在其生产、运输和使用过程中存在安全隐患。
凝胶聚合物电解质物理形态上是一种被溶剂溶胀的聚合物网络体系,不含流动态的可燃性有机电解液,能有效提高锂离子电池的安全性,且利于锂离子电池向着微型化、轻型化和高能量密度方向发展,是未来安全型锂离子电池的重要发展趋势。
本文瞄准开发高安全、高能量密度、高功率特性和长循环寿命的锂离子电池,系统研究了基于不同锂盐的聚氯乙烯（PVC）凝胶聚合物电解质的物化性能;开发了一种新型共混凝胶聚合物电解质,并系统研究了其物化性能、电池制备工艺和电池性能,从而提高凝胶聚合物电解质的机械强度、温度特性、离子电导率和界面稳定性,以及凝胶聚合物电池的循环、倍率和安全特性;通过引入惰性元素Cu 形成合金并且材料纳米化共同改性来提高锡基负极的结构稳定性,改善其循环及倍率特性,并对其对应的凝胶聚合物锂离子电池性能进行分析。
主要内容分为以下三部分:（一）基于高氯酸锂（LiClO<sub>4</sub>）、双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LITFSI）锂盐的PVC凝胶聚合物电解质的制备及其性能研究。
相比于LiClO<sub>4</sub>-PVC凝胶聚合物电解质,LITFSI-PVC凝胶聚合物电解质的内部孔的连通度较高,比表面积较大;LITFSI-PVC凝胶聚合物电解质抗拉强度为0.95 MPa,断裂伸长率为229.95%,机械强度略低于LiClO<sub>4</sub>-PVC体系。
由于LITFSI的离子间缔合作用小于LiClO<sub>4</sub>,因此在相同的摩尔量下,基于LITFSI的PVC凝胶聚合物电解质具有更多游离的锂离子,有利于锂离子的输运,使得该凝胶聚合物电解质具有更高的离子电导率4.3×10<sup>-4</sup> S/cm,且其电化学窗口大于5 V（vsLi/Li<sup>+</sup>）,离子迁移数高达0.69,具有优异的电化学特性。
凝胶电解质 聚合物电解质
凝胶电解质聚合物电解质
凝胶电解质和聚合物电解质都是在电化学设备中用作离子传导材料的一类物质，通常用于电池、超级电容器和其他能量储存设备。
它们有一些区别，以下是对这两种类型的简要介绍：
凝胶电解质：
1.定义：凝胶电解质是一种半固体电解质，通常由液体电解质和
固态凝胶材料混合而成。
2.组成：常见的液体电解质可以是有机溶剂，而凝胶部分通常由
聚合物、陶瓷或其他无机物构成。
3.特点：具有一定的流动性，但相较于液体电解质，其更为稳定，
能够减少泄漏风险。
4.应用：主要应用于锂离子电池、钠离子电池等。
聚合物电解质：
1.定义：聚合物电解质是一种由聚合物构成的固态电解质，通常
是高分子化合物。
2.组成：由高分子聚合物构成，这些聚合物能够提供离子传导通
道。
3.特点：具有良好的机械强度和化学稳定性，同时能够提供足够
的离子传导性能。
4.应用：主要应用于固态电池，例如固态锂离子电池、固态钠离
子电池等。
共同点：
1.固态性质：凝胶电解质和聚合物电解质都属于固态电解质范畴，
相对于传统的液态电解质，具有更好的安全性和稳定性。
2.应用领域：两者都在电池和其他储能设备中找到应用，特别是
在追求高能量密度、安全性和环保性的新一代电池技术中。
总体而言，凝胶电解质和聚合物电解质都代表了电化学领域中固态电解质技术的一部分，对于推动电池技术的发展和改进具有重要作用。
锂离子电池用凝胶聚合物电解质的设计、制备及表征的开题报告
锂离子电池用凝胶聚合物电解质的设计、制备及表征的开题报告1. 研究背景和意义随着移动设备和电动汽车等市场的不断扩大，锂离子电池已经成为了当前最为流行的电池类型之一。
而电解质是锂离子电池中起到重要作用的部分，既能导电，又能隔离电极，防止电池短路。
但是，传统有机电解质在高温、低温、震动等情况下易发生失效，严重制约了锂离子电池的安全性和稳定性。
为了解决这一问题，凝胶聚合物电解质应运而生。
凝胶聚合物电解质具有高的离子传导率、良好的力学性能、优异的耐热性和抗震性能。
因此，研究凝胶聚合物电解质的设计、制备及表征对于提高锂离子电池的安全性、稳定性和循环寿命具有重要意义。
2. 研究内容和方法本文将重点探讨凝胶聚合物电解质的设计、制备及表征，具体内容包括：（1）凝胶聚合物电解质的设计：从分子层面出发，设计聚合物链的结构，寻找可行的交联剂，并确定化合物种类和比例，构建三维凝胶聚合物电解质。
（2）凝胶聚合物电解质的制备：利用化学交联方法将可溶的单体、交联剂和溶剂混合，并经过自由基聚合反应，在凝胶聚合物电解质中形成交联结构和高离子导电性。
（3）凝胶聚合物电解质的表征：通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱、红外光谱、热重分析、循环伏安等测试方法进行凝胶聚合物电解质的表征，了解其结构、形貌及性能，并分析其与传统电解质的异同。
3. 预期成果和意义本文的研究结论将有助于：（1）提高锂离子电池的安全性和稳定性。
传统的有机电解质在高温、低温、震动等情况下易发生失效，而凝胶聚合物电解质可以适应更加复杂的环境，避免电池短路和泄漏等问题。
（2）提高锂离子电池的循环寿命和能量密度。
凝胶聚合物电解质具有高的离子传导率、优异的耐热性和抗震性能，可以有效提高电池循环次数和能量密度。
（3）为凝胶聚合物电解质相关研究提供参考。
本文的研究成果将为后续凝胶聚合物电解质的研究提供基础和参考，进一步推动锂离子电池领域的发展。
凝胶电解质中锂盐和聚合物的相互作用_概述说明
凝胶电解质中锂盐和聚合物的相互作用概述说明1. 引言1.1 概述凝胶电解质是一种由聚合物和锂盐组成的稳定凝胶结构，被广泛应用于锂离子电池等储能设备中。
在凝胶电解质中，锂盐和聚合物之间的相互作用起着关键的作用，影响着电解质的性能和性质。
因此，深入了解和研究凝胶电解质中锂盐和聚合物的相互作用机制对于改善电池性能、提高其安全性具有重要意义。
1.2 文章结构本文将首先介绍锂盐在凝胶电解质中的作用以及聚合物在凝胶电解质中的作用。
然后概述目前对于锂盐和聚合物相互作用机制的研究进展。
接着，我们将详细讨论凝胶电解质制备方法，包括溶剂浸润法、交联聚合法和复合材料法。
随后，我们将介绍可用于评价凝胶电解质性能的测试方法，包括离子传导率、力学性能和热稳定性测试方法。
最后，在总结凝胶电解质中锂盐和聚合物相互作用研究现状和问题的基础上，展望未来在凝胶电解质领域的研究方向。
1.3 目的本文的目的是系统地总结和概述凝胶电解质中锂盐和聚合物的相互作用。
通过深入了解这些相互作用机制，可以为优化凝胶电解质的设计提供理论依据，并为相关领域的研究者提供参考。
此外，通过介绍不同的制备方法和性能评价方法，有助于加深对凝胶电解质的认识，并为实际应用中的改进和优化提供指导。
最终，我们希望推动凝胶电解质领域的进一步发展与创新。
2. 锂盐与聚合物的相互作用2.1 锂盐在凝胶电解质中的作用凝胶电解质是一种基于聚合物或无机材料的三维网络结构，在其中浸渍有锂盐溶液，用于电池等能源存储设备。
锂盐在凝胶电解质中起着重要的作用，它可以提供可移动的锂离子，使得电池能够正常工作。
锂盐通常采用锂盐溴酸盐（LiPF6）或其他类似化合物。
2.2 聚合物在凝胶电解质中的作用聚合物是凝胶电解质中主要的组成部分之一。
它们具有良好的机械强度和柔韧性，并且可以形成空隙结构来容纳锂离子。
聚合物还可以提供连通路径，促进离子传导，并有效地抑制锂枝晶生长和自发燃烧等安全问题。
2.3 锂盐和聚合物相互作用的研究进展过去几十年来，人们对锂盐和聚合物之间的相互作用进行了广泛的研究。
锂离子电池的两种基本分类与表示方法
锂离子电池的两种基本分类与表示方法
锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLIB)两类。
其中，液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。
正极采用锂化合物LiCoO2，LiNiO2或LiMn2O4，负极采用锂—碳层间化合物,电解质为溶解有锂盐的有机溶液。
在充、放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象地称为“摇椅电池”(RockingChairBatteries，缩写为RCB)。
聚合物锂离子电池的正极和负极与液态锂离子电池相同，只是原来的液态电解质改为含有锂盐的凝胶聚合物电解质。
目前，正在研究和开发的电池正极也采用聚合物的聚合物锂离子电池。
锂离子电池由于工作电压高(3．6V，是镍镉、镍氢电池的三倍)、体积小(比镍氢电池小30％)、质量轻(比镍氢电池轻50％)、比能量高(是镍镉电池的2—3倍，镍氢电池的1—2倍)、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是2l世纪发展的理想能源。
聚合物锂离子电池属于固态锂离子电池中的一种电池。
锂离子电池结构因素包括膜厚、孔率、孔径、孔的弯曲程度。
锂离子电池从外形分类一般分圆柱形和方形两种，聚合物锂离子电池除制成圆形和方形外，还可根据需要制成任意形状。
圆柱形锂电池用5位数表示，前二位数表示直径，后三位数表示高度，例如：18650型，表示直径18mm，高度65mm，用18X65表示；方形锂电池用6位数表示，前二位表示电池厚度，中间二位数表示宽度，最后二位表示长度，例如083448型，表示厚度为8mm，宽度为34mm，长度为48mm，用08X34X48表示。
文章摘自电池论坛：/thread-210352-1-1.html
电池论坛。
锂离子电池和锂聚合物电池的区别
锂离子电池和锂聚合物电池的区别
锂离子电池和锂聚合物电池是现代电子设备中常用的两种电池类型。
尽管它们都使用锂作为电池的主要材料，但它们在构造、性能和安全方面有一些明显的区别。
1. 构造
- 锂离子电池（Li-ion Battery）：锂离子电池使用锂离子在正负极之间进行可逆嵌入和脱出的过程来存储和释放电能。
它包含一个由金属氧化物（如钴酸锂）和石墨构成的正负极，通过一个电解质分隔膜来防止短路。
- 锂聚合物电池（Li-polymer Battery）：锂聚合物电池使用含锂离子的聚合物凝胶作为电解质。
它的正负极可以是金属氧化物或碳材料。
聚合物电池的构造更为灵活，可以采用不同形状和尺寸。
2. 性能
- 能量密度：锂聚合物电池具有更高的能量密度，这意味着它们可以存储更多的电能，使设备可以更长时间地使用。
相比之下，锂离子电池的能量密度稍低。
- 充电速度：锂聚合物电池通常具有更好的充电速度，可以更快地完成充电过程。
锂离子电池的充电速度较慢。
- 循环寿命：锂聚合物电池的循环寿命通常更长，可以进行更多次的充放电循环，而锂离子电池的循环寿命相对较短。
3. 安全性
- 锂聚合物电池相对较安全，由于其使用聚合物凝胶作为电解质，可以更好地承受物理撞击和电池过热。
- 锂离子电池在过充、过放、过温等情况下可能发生热失控，导致起火或爆炸的风险。
综上所述，锂离子电池和锂聚合物电池在构造、性能和安全性方面存在着明显的区别。
选择使用哪种电池类型应根据具体需求和设备要求来决定。
固体聚合物电解质和凝胶聚合物电解质的异同
固体聚合物电解质和凝胶聚合物电解质的异同一、凝胶态电解质与全固态聚合物的区别凝胶态电解质和全固态聚合物虽然都是新型的电解质，具有比传统液态电解质更好的电化学性能，但它们之间还是存在着一定的区别。
凝胶态电解质是将含有高分子电解质的液态电解质通过交联或柔性化学键等方式形成的凝胶态电解质，其具有良好的机械强度和离子传导性能；而全固态聚合物电解质是一种由聚合物材料构成的固态电解质，具有超高的机械强度和化学稳定性。
二、凝胶态电解质与全固态聚合物的优缺点1.凝胶态电解质优点：凝胶态电解质可以通过合理的配方调制和工艺优化，实现高离子传导性能和良好的机械性能，并且适用于多种电极材料的锂离子电池系统。
其制备成本相对较低，制备工艺相对简单。
缺点：凝胶态电解质在较高温度下会发生不可逆性凝胶化，降低了电池的可逆性。
凝胶态电解质中含有液体成分，因此可能导致电池泄漏，影响电池寿命。
2.全固态聚合物优点：全固态聚合物电解质可以在高温高压下制备，从而避免了凝胶态电解质在高温下失效的问题。
全固态聚合物电解质具有超高的机械强度和化学稳定性，并且不含液体成分，因此可以有效地避免电池泄漏等问题。
缺点：全固态聚合物电解质的离子传导性能较差，导致其在实际应用中无法充分发挥其优势。
同时制备工艺相对复杂，成本较高。
三、结论总的来说，凝胶态电解质和全固态聚合物都是实现高性能锂离子电池的重要方向。
凝胶态电解质具有较高的离子传导性能和良好的机械强度，成本较低；而全固态聚合物电解质具有超高的机械强度和化学稳定性，但离子传导性能较差，成本较高。
在实际应用中，应根据电池的具体需求和应用场景选择合适的电解质材料，平衡其综合性能和经济性。
凝胶电解质 聚合物电解质
凝胶电解质聚合物电解质凝胶电解质和聚合物电解质是电化学领域中两种常见的电解质材料，它们在电池、超级电容器等能源存储装置中发挥着重要的作用。
本文将分别介绍凝胶电解质和聚合物电解质的特点、应用以及发展前景。
凝胶电解质是一种由固态材料和电解液混合形成的胶体材料。
其主要特点是电解质以凝胶的形式存在，具有高离子传导性和良好的机械强度。
凝胶电解质可以分为有机凝胶电解质和无机凝胶电解质两类。
有机凝胶电解质是以有机聚合物为基础材料的凝胶电解质。
有机聚合物通常具有较高的机械强度和化学稳定性，可以通过调节聚合物的结构和组成来改变电解质的性能。
有机凝胶电解质的离子传导性能较好，可以达到10^-3 S/cm以上。
此外，有机凝胶电解质还具有较低的界面电阻和较好的耐高温性能，适用于高温环境下的能源存储装置。
无机凝胶电解质是以无机固体为基础材料的凝胶电解质。
无机凝胶电解质通常由氧化物、硅酸盐等无机材料制备而成。
这些无机材料具有较高的离子传导性能和化学稳定性，可以通过调节材料的组成和结构来改变电解质的性能。
无机凝胶电解质的离子传导性能可以达到10^-2 S/cm以上，同时具有较低的电阻和较好的抗电化学氧化性能。
聚合物电解质是一种由聚合物材料构成的电解质。
聚合物电解质具有良好的机械强度、柔韧性和化学稳定性，可以通过调节聚合物的结构和组成来改变电解质的性能。
聚合物电解质的离子传导性能较高，可以达到10^-4 S/cm以上。
此外，聚合物电解质还具有较低的界面电阻和较好的耐高温性能，适用于高温环境下的能源存储装置。
凝胶电解质和聚合物电解质在能源存储装置中有着广泛的应用。
它们可以作为锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池等电池系统中的电解质材料。
凝胶电解质和聚合物电解质的高离子传导性能可以提高电池的功率密度和循环性能，同时减小电池的体积和重量。
此外，凝胶电解质和聚合物电解质还可以应用于超级电容器、光伏电池和电解水等能源转换和储存装置中，提高能量转换效率和储能密度。
凝胶聚合物电解质在锂离子电池中的应用研究
凝胶聚合物电解质在锂离子电池中的应用研
究
锂离子电池作为目前最为广泛应用的二次电池，其性能的提升一直是研究领域的重点。
凝胶聚合物电解质作为一种新型电解质材料，因其具有高离子导电性、优良的机械性能和耐化学性能而备受关注。
本文将重点讨论。
首先，凝胶聚合物电解质相比传统液态电解质具有更高的安全性。
由于其固态结构，可以有效抑制电解液泄漏和挥发的问题，大大降低了锂离子电池的安全风险。
同时，凝胶聚合物电解质具有更广泛的电化学稳定性，能够在更宽的温度范围内工作，极大地提高了锂离子电池的循环稳定性和使用寿命。
其次，凝胶聚合物电解质的高离子导电性也是其在锂离子电池中得以广泛应用的重要原因之一。
相比传统的液态电解质，凝胶聚合物电解质的离子传输速率更快，电池的充放电效率更高。
研究表明，采用凝胶聚合物电解质可以大大提高锂离子电池的能量密度和功率密度，进而推动电池技术的发展。
此外，凝胶聚合物电解质还可以通过调控其物理化学性质来实现对电池性能的进一步优化。
例如，可以通过改变凝胶聚合物电解质的组成配比、结构设计等方法来提高电解质与电极材料的相容性，进而减少电池的界面阻抗，提高电池的循环稳定性和电化学性能。
让我们总结一下本文的重点，我们可以发现，凝胶聚合物电解质作为一种新型电解质材料，在锂离子电池中具有广阔的应用前景。
随着相关研究的不断深入，相信凝胶聚合物电解质将会在未来的能源储存领域发挥越来越重要的作用，为电池技术的进步和智能化应用提供强有力的支持。
锂离子电池的分类以及区别
锂离子电池的分类以及区别依据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithium ion battery, 简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery, 简称为LIP)两大类。
聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。
它们的主要区别在于电解质的不同, 锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。
聚合物锂离子电池可分为三类：（1）固体聚合物电解质锂离子电池。
电解质为聚合物与盐的混合物，这种电池在常温下的离子电导率低，适于高温使用。
（2）凝胶聚合物电解质锂离子电池。
即在固体聚合物电解质中加入增塑剂等添加剂，从而提高离子电导率，使电池可在常温下使用。
（3）聚合物正极材料的锂离子电池。
采用导电聚合物作为正极材料，其比能量是现有锂离子电池的3 倍，是最新一代的锂离子电池。
由于用固体电解质代替了液体电解质,与液态锂离子电池相比，聚合物锂离子电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的比容量；聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50％以上。
此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比锂离子电池有所提高。
基于以上优点，聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。
聚合物锂离子的发展趋势展望。
凝胶聚合物电解质的组成
凝胶聚合物电解质主要由聚合物、增塑剂，以及锂盐几部分组成。
它具有液体电解质聚合物锂电池体系中的隔膜与离子导电载体的功能。
1、聚合物聚合物在GPE中主要起骨架支撑作用。
固体SPE中的聚合物都可以用作凝胶聚合物电解质的聚合物。
对用作骨架材料的聚合物的要求是成膜性能好，膜强度高，电化学稳定窗口宽，在有机电解液中不分解等。
比较好的聚合物骨架材料是Feuilladec首先采用的聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)等高分子，除此之外还有聚氧乙烯(Polyethylene Oxide，PEO)，聚氧丙烯(Polypropylene Oxide，PPO)，聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，PVC)，聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVdF)等高分子。
为了提高凝胶聚合物的机械性及导电能力，通常采用共聚、嫁接等方法生成交链聚合物。
如偏氟乙烯(Vinylidene Fluoride，VdF)与六氟丙烯(Hexafluoride Propylene，HFP)形成的共聚物P(VdF-HFP)，PAN经常是与甲基丙烯酸甲酯(MethylMethacrylate，MMA)交链而形成共聚物P(AN—MMA)，PEO的共聚物结构中，氧乙烯基(OCH2CHz)与氧亚甲基(OCH2)相互交错，由于氧亚甲基的插入而抑制了聚合物PEO的结晶性，从而可以提高聚合物的导电性。
PEO共聚物的结构式如下：2、增塑剂增塑剂的作用是造孔。
一般是将增塑剂混溶于聚合物溶液中，成膜后将它除去，留下微孔用以吸附电解液。
要求增塑剂与高聚物混溶性好，增塑效率高，物理化学性能稳定，挥发性小且无毒，不与聚合物电池材料发生反应。
一般应选择沸点高，粘度低的低分子溶剂或能与高聚物混合的低聚体。
例如，邻苯二甲酸二丁酯(DBP，沸点340℃)为增塑剂时，当DBP在聚合物溶液含量为40％(质量分数)时，经抽提后，聚合物膜的强度大幅提高，孔率50％。
凝胶聚合物电解质的优势
凝胶聚合物电解质的优势凝胶聚合物电解质是一种特殊的电解质材料，它具有许多优势，包括高离子传导性能、高机械强度、宽电化学稳定窗口和良好的界面稳定性等方面。
这些优点使得凝胶聚合物电解质在许多领域中得到了广泛的应用，例如燃料电池、锂离子电池、超级电容器等。
1.高离子传导性能凝胶聚合物电解质具有高离子传导性能，这是因为它具有较小的离子通道，有助于减少电子的散射，提高离子传导性能。
其离子传导性能取决于许多因素，包括电解质的组成、温度、压力等。
此外，凝胶聚合物电解质通常具有三维网络结构，能够提供更多的离子传导通道，从而进一步增强其离子传导性能。
2.高机械强度凝胶聚合物电解质具有高机械强度，这是因为它具有交联网络结构，能够在受到外部应力时保持完整性。
其强度取决于许多因素，包括聚合物的选择、交联程度、应力分布等。
此外，通过合理的制备工艺和添加增强剂等措施也可以提高凝胶聚合物电解质的机械强度。
3.宽电化学稳定窗口凝胶聚合物电解质具有宽电化学稳定窗口，这是因为它具有较低的极化电压和较高的极化电流，使其具有更稳定的电化学性能。
其电化学稳定性能取决于许多因素，包括电解质溶液的组成、温度、压力等。
此外，凝胶聚合物电解质的结构稳定性高，不易发生相变和化学分解，从而具有更宽的电化学稳定窗口。
4.良好的界面稳定性凝胶聚合物电解质具有良好的界面稳定性，这是因为它能够形成均匀的界面层，避免了界面层被破坏。
其界面稳定性取决于许多因素，包括界面层的厚度、界面层的物理性质等。
此外，凝胶聚合物电解质具有良好的柔性和亲和力，能够适应不同的电极表面，从而形成更加稳定的界面层。
总之，凝胶聚合物电解质具有高离子传导性能、高机械强度、宽电化学稳定窗口和良好的界面稳定性等优点，这使得它成为一种优秀的电解质材料，在能源存储和转化领域具有广泛的应用前景。
pl基凝胶聚合物电解质
pl基凝胶聚合物电解质
凝胶聚合物电解质（GPE）是一种介于液体和固体之间的中间状态的电解质，它将液体电解质与聚合物基质结合，从而拥有液体电解质离子电导率高的特点和固体电解质安全性能高的优点。
具体来说，聚合物电解质的导电过程就是单体基团原子与金属离子的结合-分离过程，同时基团离子的运动为金属离子提供激活能量以促使其通过晶体结构中的通道，最终抵达阴极完成迁移，称之为离子迁移。
离子电导率一般取决于离子迁移的速度和效率，这个过程一般在聚合物的非晶区完成，因此聚合物结晶度对电池离子迁移速率也有一定影响。
此外，聚合物凝胶作为其中的一种特殊状态，被定义为由聚合物网状物在增塑溶剂中膨胀而形成的体系，而增塑溶剂则是被溶解在聚合物中。
在凝胶聚合物电解质中，聚合物之间呈现交联状态，其交联方式有物理和化学两种方式。
而PL基凝胶聚合物电解质，可能是指以某种特定聚合物（PL）为基体的凝胶聚合物电解质。
然而，由于“PL”可能代表多种不同的聚合物，因此，需要更具体的信息才能准确解释其含义和性质。
总的来说，凝胶聚合物电解质在电池技术中，尤其是锂离子电池中，具有重要的应用。
它们不仅提高了电池的安全性，还有助于延长电池的寿命。
现场聚合制备锂离子电池用凝胶聚合物电解质研究进展
硅酸盐学报· 134 ·2013年DOI：10.7521/j.issn.0454–5648.2013.02.02 现场聚合制备锂离子电池用凝胶聚合物电解质研究进展范欢欢1，周栋1，范丽珍1，石桥2(1. 北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083；2. 深圳新宙邦科技股份有限公司，广东深圳 518118)摘要：高比能量锂离子电池是未来储能器件的发展方向。
凝胶聚合物锂离子电池因易于加工并克服了以往液态锂离子电池因漏液而造成的安全性问题，成为近年来的研究热点。
综述了目前凝胶聚合物电解质制备工艺中最受关注的现场聚合技术，介绍了反应原理、工艺路线、成品性能等，并展望了现场聚合工艺作为新兴锂离子电池生产技术的发展趋势。
关键词：锂离子电池；凝胶聚合物；电解质；现场聚合工艺中图分类号：TM911 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2013)02–0134–06网络出版时间：2013–01–25 网络出版地址：/kcms/detail/11.2310.TQ.20130125.1706.201302.134_002.htmlDevelopment on In-situ Synthesis of Gel Polymer Electrolyte for Lithium BatteriesF AN Huanhuan1，ZHOU Dong1，F AN Lizhen1，Shi Qiao2(1. Institute of Advanced Materials and Technology, Beijing University of Science and Technology, Beijing 100083, China;2. Shenzhen Capchem Technology Co., Ltd., Shenzhen 518118, Guangdong, China)Abstract: Lithium-ion batteries with a high energy density are developed for future energy storage devices. Recent works focus on gel polymer electrolyte with easily shaped properties due to its effective solution to the security problem caused by liquid electrolyte leakage. This paper reviews the in-situ polymerization technology, which has increasingly attractive attentions in the preparation process of gel polymer electrolyte. Moreover, this paper represents the reaction principle, process route and influencing factors on the product performance in some detail, and also prospects the in-situ polymerization process development as a promising lithium-ion battery production technology.Key words: lithium-ion battery; gel polymer; electrolyte; in-situ polymerization technology人类现代生活离不开可移动的化学电源，锂离子电池由于其具有环境友好，工作电压高，比容量大和循环寿命长等优点，而广泛应用于各类小型便携式装置中，成为当今世界极具发展潜力的新型绿色化学电源[1]。
原位聚合 凝胶电解质 聚合物电解质
原位聚合凝胶电解质聚合物电解质
原位聚合是一种制备凝胶电解质和聚合物电解质的有效方法。
凝胶电解质和聚合物电解质广泛应用于锂离子电池、超级电容器、染料敏化太阳能电池等能源存储和转换领域。
1. 原位聚合
原位聚合是指在电解质体系中直接进行聚合反应,原位形成聚合物网络结构。
该方法可以避免聚合物与电解质溶液相分离,有利于形成均匀的凝胶或聚合物电解质膜。
2. 凝胶电解质
凝胶电解质由聚合物网络和液态电解质组成。
聚合物网络可以限制电解质的流动,提高电解质的力学强度和电化学稳定性。
同时,液态电解质可以保证良好的离子传导性能。
3. 聚合物电解质
聚合物电解质是由聚合物和离子盐组成的固体或橡胶状电解质。
聚合物为离子提供传导通道,离子盐提供离子载体。
相比于液态电解质,聚合物电解质具有更好的机械强度和电化学稳定性,但离子传导率相对较低。
原位聚合是制备凝胶电解质和聚合物电解质的关键步骤。
通过控制聚合条件和引入不同的聚合物或填料,可以调控电解质的离子传导性、机械强度和电化学性能,从而优化其在能源存储和转换器件中的应用。
凝胶聚合物电解质隔膜
凝胶聚合物电解质隔膜凝胶聚合物电解质隔膜（gel polymer electrolyte membrane）是一种具有高离子传导性能的电解质隔膜材料。
它由聚合物基质和离子液体或离子溶液组成，能够在固态条件下传导离子，具有良好的化学稳定性和机械强度。
凝胶聚合物电解质隔膜在能源领域的应用日益广泛，特别是在锂离子电池和燃料电池中发挥着重要作用。
凝胶聚合物电解质隔膜在锂离子电池中的应用十分重要。
锂离子电池是目前最常用的可充电电池之一，广泛应用于移动电子设备、电动车和储能系统等领域。
凝胶聚合物电解质隔膜能够提供高离子传导性能，有效地解决了传统液态电解液中存在的泄漏和挥发的问题。
此外，凝胶聚合物电解质隔膜还具有较高的电化学稳定性和耐高温性能，能够提高锂离子电池的安全性和循环寿命。
凝胶聚合物电解质隔膜在燃料电池中也具有重要的应用价值。
燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，具有高能量转化效率和零排放的特点。
凝胶聚合物电解质隔膜能够提供高离子传导性能，使得燃料电池能够快速传递离子反应物，提高电池的输出功率和效率。
此外，凝胶聚合物电解质隔膜还能够有效隔离氧气和燃料之间的直接接触，防止电池的氧化和腐蚀，提高电池的稳定性和寿命。
凝胶聚合物电解质隔膜的制备方法多种多样，常见的方法包括溶液浸渍法、原位聚合法和交联法等。
其中，溶液浸渍法是最常用的制备方法之一。
该方法主要通过将聚合物基质浸渍到离子液体或离子溶液中，并通过干燥和固化等工艺步骤得到凝胶聚合物电解质隔膜。
此外，原位聚合法和交联法也能够制备高性能的凝胶聚合物电解质隔膜。
凝胶聚合物电解质隔膜的离子传导性能受到多种因素的影响，如聚合物基质的类型、离子液体或离子溶液的浓度和温度等。
为了提高凝胶聚合物电解质隔膜的离子传导性能，研究人员通过改变聚合物基质的结构、调控离子液体或离子溶液的性质以及添加纳米填料等方法进行改性。
这些改性手段能够改善凝胶聚合物电解质隔膜的孔隙结构、增加离子传导通道，提高电池的性能。
高分子材料电池
高分子材料电池
高分子材料在电池领域中有着重要的应用，特别是在锂离子电池和其他类型的可充电电池中。
这些材料能够影响电池的性能、寿命和安全性。
以下是一些高分子材料在电池中的常见应用：
1.聚合物电解质：传统的锂离子电池中使用的液态电解质通常基于有机溶剂，但近年来，为了提高电池的安全性和稳定性，研究人员开始探索固态聚合物电解质。
这些高分子材料可以代替液态电解质，降低了电池的燃烧风险，并提高了在高温下的稳定性。
2.导电聚合物：有些高分子材料具有良好的导电性能，因此被用作电池的电极材料。
例如，聚咔唑（polyacetylene）和聚苯胺（polyaniline）等导电聚合物可以作为锂离子电池的电极材料，提供更高的能量密度和充放电速率。
3.高分子包覆材料：高分子材料可以用作电池中活性材料的包覆层，以增强其稳定性和循环寿命。
例如，聚合物包覆的正极或负极材料能够减少材料与电解质的直接接触，减缓电极材料的损耗，提高电池的循环寿命。
4.凝胶聚合物电解质：一些研究正在探索将高分子凝胶作为电解质的一部分。
这种凝胶聚合物电解质可以提供更高的离子传导性和稳定性，同时改善电池的安全性和循环寿命。
5.高分子纳米复合材料：制备高分子与纳米材料（例如纳米颗粒或纳米片段）的复合材料，能够改善电池的性能。
这种结合可以提高电池的导电性、机械强度和化学稳定性，从而增强电池的性能。
原位聚合 凝胶电解质 聚合物电解质
原位聚合凝胶电解质聚合物电解质
原位聚合凝胶电解质聚合物电解质是一种新型的离子导体材料,在电池、超级电容器、电化学传感器等领域具有广阔的应用前景。
它具有以下特点:
1. 制备方法简单
原位聚合凝胶电解质是通过在聚合物基体中引入液体电解质并进行原位聚合而制备的。
这种方法避免了传统固态聚合物电解质的复杂步骤,操作简单、成本低廉。
2. 离子电导率高
凝胶电解质中聚合物基体和液体电解质相互渗透,形成半固态结构。
液体电解质为离子提供了快速传输通道,使得凝胶电解质具有较高的离子电导率,接近于液体电解质。
3. 机械强度佳
聚合物基体赋予了凝胶电解质一定的机械强度和柔韧性,避免了流失和泄漏问题,提高了电化学装置的安全性能。
4. 电化学稳定性好
凝胶电解质通过合理设计聚合物基体和电解质组分,可实现宽电压窗口、良好的电化学稳定性和热稳定性。
5. 可设计性强
通过调节聚合物基体、电解质组分和引入功能填料等方式,可以赋予
凝胶电解质特殊的性能,如高离子电导率、高机械强度、热稳定性等,满足不同应用需求。
原位聚合凝胶电解质聚合物电解质集聚了固体和液体电解质的优点,是未来电化学储能领域的重要发展方向之一。
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收稿日期:1999212220 收修改稿日期:2000209220 基金项目:广东省自然科学基金重点资助项目(963038) 作者简介:汪国杰(1967—),男,湖南省人,讲师,博士。
Biography :WAN G G ou 2jie (1967—),male ,lecture ,Ph D.聚合物锂离子蓄电池用凝胶聚合物电解质汪国杰, 周震涛, 潘慧铭(华南理工大学材料学院,广东广州510641)摘要:较详细地介绍了聚合物锂离子蓄电池用凝胶聚合物电解质的两种主要组成:聚合物和增塑剂,着重阐述了其各组分的结构和组分间相互作用对其性能的影响。
综述了凝胶聚合物电解质的几个主要性能———离子传递性能,电化学稳定性,热稳定性和力学性能等,以及影响其有关性能的结构因素。
还详述了改善凝胶聚合物电解质力学性能的三种方法:交联,添加填料和采用两相结构。
最后介绍了由其制备的聚合物锂离子电池的性能、特点、研制现状和前景展望。
关键词:锂离子蓄电池;电解质;增塑剂中图分类号:TM 912.9,TM 201.4 文献标识码:A 文章编号:10022087X (2001)012060204Gel polymeric electrolyte s for polymer lithium 2ion batteryWAN G Guo 2jie ,ZHOU Zhen 2tao ,PAN Hui 2ming(M aterial College ,South Chi na U niversity of Technology ,Guangz hou Guangdong 510641,Chi na )Abstract :Polymer and plasticizer were two main components of gel polymeric electrolyte (GPE )for polymer lithi 2um 2ion battery ,and the components structure and properties of GPE were introduced in details.Attention was devoted to reviewing the structure of components ,interactions among them and how these factors affected the properties of GPE.Three methods for improving mechanical properties of GPE were reviewed ———cross 2linking ,adding filler and using structure with two phases.Finally ,introduced the main properties ,current development and tendency of plastic Li 2ion battery composed of GPE.K ey w ords :lithium 2ion battery ;electrolyte ;plasticizer 聚合物电解质大致可分为两类:不含或仅含少量增塑剂的固体聚合物电解质(SPE )和含有大量增塑剂的凝胶状聚合物电解质(GPE )。
对SPE 的研究工作虽然始于70年代,但目前其室温电导率仍较低,尚不能应用于常温(-20～50℃)使用的聚合物锂离子蓄电池。
而含有大量增塑剂的GPE 的室温电导率一般可达到10-3s/cm ,能满足聚合物锂离子蓄电池对电解质的电导要求,因此,近年来这一领域的研究相当活跃。
本文拟就GPE 的结构与性能的关系、改进性能的方法以及在聚合物锂离子蓄电池中的应用等研究近况进行综述。
1 GPE 的组成与性能 GPE 由聚合物、增塑剂和锂盐等组成。
三组分间存在相互作用,特别是聚合物、增塑剂与锂盐之间存在相互作用的竞争[1,2]。
这种竞争会影响GPE 的离子传递性能和其他性能。
各组成所起的作用不同。
其各自的结构与相互匹配将影响相应GPE 的性能。
1.1 聚合物 聚合物在GPE 中主要起支撑的作用。
GPE 中的聚合物是极性聚合物,其极性基团一般与锂盐有偶极2离子的相互作用。
聚合物的介电常数越大,则其络合并离解锂盐的作用就越大。
聚合物中含有的极性基团(如腈基)会增加对锂盐的络合和离解作用,使电导率增大。
GPE 中存在的大量增塑剂,通常是一些介电常数大的小分子或低聚物。
其扩散速度较大分子量的聚合物要大得多。
因此,当增塑剂的含量较高时,聚合物与锂盐间的相互作用对整个体系的导电性能的影响相对较小。
同时,增塑剂分子、聚合物与锂盐之间相互作用的竞争还会影响GPE 的阳离子迁移数。
Rriche 等人[3]对含有不同链长的多缩乙二醇二甲基丙烯酸酯的聚合物2多缩乙二醇二甲醚2LiCF 3SO 3的GPE 体系的研究结果表明,GPE 的阳离子迁移数(t +)取决于聚合物或增塑剂与阳离子间络合能力的相对大小,即随着网状聚合物结构中氧化乙烯单元数的减少或者增塑剂分子中氧化乙烯单元数的增加,t +值增大。
用含强极性基团的丙烯腈单体与上述体系的单体共聚后,GPE 的t +值也明显增大,说明聚合物主链上的极性基团会促进锂盐的离解。
聚合物的结晶性也是影响GPE 性能的重要因素,例如,结晶度较高的聚偏氟乙烯的吸液能力差,与PC/EC 2Li 盐形成的尺寸稳定的GPE 组成范围窄,而偏氟乙烯2六氟丙烯的共聚物的结晶度较低,聚合物的吸液性能却提高了,使得形成稳定GPE 的范围更广[4]。
1.2 增塑剂 GPE 中锂盐的离解、传递功能主要由增塑剂承担。
通常使用的增塑剂为PC 、EC 、DMC (碳酸二甲酯)、小分子醚类等。
选择增塑剂时,除了满足介电常数大、电化学稳定性好的一般标准外,还要求GPE 中的增塑剂必须与聚合物的相容性良好,否则,难以形成稳定的GPE ,导致相应的锂离子电池性能不好。
聚丙烯腈(PAV )与PC 、EC 形成的凝胶聚合物电解质存在与锂电极相容性不好、电解液易渗漏的问题,被认为是聚合物与增塑剂的相容性不良的缘故[5]。
将与PC 、EC 相容性较好的甲基丙烯酸甲酯引入PAN 结构中形成共聚物,可以改善相容性,提高GPE 的性能[6]。
针对PEO (聚氧化乙烯)与PC 体系的相容性欠佳,合成如图1结构的新增塑剂,则改善了聚合物与增塑剂的相容性。
由PEO 与这种改性碳酸酯组成的GPE 的电导率比改性前的PEO/PC 体系的高,而机械性能也得到明显的改善[7]。
O O(OCH 2CH 2)3OCH 3O 图1 用于聚氧化乙烯基GPE 的改性碳酸酯Fig.1 Modified carbonate used as plastisizer in PEO 2based GPE 但是,PC 、EC 等含碳酸酯基的增塑剂在电池中不够稳定,易分解。
针对这一问题,Sandner 等人[8]合成了两端为-OCOCH 2CN 的乙二醇齐聚物的增塑剂,其离解锂盐的能力大,稳定性比碳酸酯类好。
1.3 离子传递规律 GPE 的离子传递规律受其组成支配。
GPE 的离子电导率(σ)2温度(Τ)函数关系一般符合V TF 方程[9]:σ=A /T m exp[-E 0/(T -T 0)]—■—3PEG 5000/Tetraglyme/l mol ・kg -1LiClO 4—●—PMMA/PC/1mol ・dm -3LiClO 4图2 两种不同GPE 体系的V TF 方程的σ(T )直线Fig.2 V TF equation reduction of two different GPE systems A ,E 0均为常数,A 为指前因子,与离子的络合有关,E 0为表观活化能,与GPE 的组成有关。
m ∈{21/2,0,1/2,1}。
T 0与体系的玻璃化转变温度有关。
聚合物的结构不同,其与增塑剂的匹配不同,相应GPE 的σ(T )行为也不同。
图2的V TF 拟合直线反映了两类δ(T )曲线差别较大的GPE 体系:其一为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA )/PC 体系,因聚合物和增塑剂的介电常数差别较大,影响了离子的聚集状态,且聚合物为刚性链段,。
其二为聚合物/,且介电常数差别小的体系,对温度不太敏感[10]。
温度(K ),T g 1.4 离子传递性能 GPE 。
其性能离子电导率的后,大的增塑剂如PC 、化的锂盐,如LiClO 4GPE 的电导率。
阳离子迁移数t +对GPE 有特别重要的意义。
虽然GPE 与相应的有机液体电解质相比,两者的t +差别不大,甚至因为锂盐的大阴离子与聚合物极性基团间存在较强的作用,前者的t +可能更大一些,但是,由于GPE 的粘度较大,由其制备的相应锂离子蓄电池在充放电中直流电的作用下,离子的传递会受扩散控制而产生浓差极化现象。
该特点将直接影响聚合物锂离子蓄电池的大电流放电性能。
改善此性能的方法是选择和优化GPE 各组分的配比和结构。
1.5 稳定性 GPE 的稳定性包括电化学稳定性、热稳定性等。
GPE 的电化学稳定性主要由其增塑剂、聚合物基体、锂盐的分解电位等决定。
常用的增塑剂和锂盐的分解电位都较高,因此,GPE 的电位窗口取决于聚合物的电化学稳定性。
已报道:聚丙烯腈[11]、聚偏氟乙烯[3]、聚甲基丙烯酸甲酯[12]等的电化学稳定性较好,对Li/Li 的分解电压均在4.5V 以上。
而聚丙烯酸甲酯[3]和聚环氧氯丙烷[14]的电化学稳定性较差。
GPE 的热稳定性与其组成的聚合物、增塑剂的结构有关。
例如,聚氯乙烯、含丁二烯组分的聚合物等的热稳定性欠佳。
聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的热稳定性则相对良好。
1.6 力学与其他性能 GPE 作为隔膜,需有一定的强度和尺寸稳定性,否则便会出现电池性能不稳,甚至短路。
而GPE 作为活性物质粘接剂的功能,则要求有良好的粘接性能。
电极/聚合物电解质界面性能的控制与优化是当前聚合物锂离子蓄电池研制领域的重要课题之一[15]。
特别是充放电过程中锂锰氧化物等活性物质的晶相变化,会产生应力,使极片中各组分的接触变坏,导致电池性能下降[16]。
因此,解决电池各层的界面粘合,以及集流体与极片的粘合问题是获得高性能电池的前提。
此外,GPE 所用聚合物基体还需具有与水的亲合性小,成膜性好,易成型加工等性能。
2 改善GPE 的机械性能 高性能的聚合物锂离子蓄电池有赖于GPE 良好的机械性能。
但是,有时为了使GPE 获得高的导电性能,往往需在其中添加大量的增塑剂。
这便会带来GPE 机械性能的恶化,特别是当基体为线性聚合物时,GPE 的尺寸稳定性变差。