聚氨酯型固体电解质的体系组成与形态研究
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。
全固态锂电池用聚氨酯基固态聚合物电解质的制备与性能研究共3篇
全固态锂电池用聚氨酯基固态聚合物电解质的制备与性能研究共3篇全固态锂电池用聚氨酯基固态聚合物电解质的制备与性能研究1随着电动汽车及移动终端等市场的不断扩大，对于能量密度和安全性要求越来越高。
全固态锂电池因其具有高能量密度、低污染性、安全性高等优点，成为新的研究热点。
聚氨酯基固态聚合物电解质作为一种非晶态的聚合物电解质，在全固态电池中的应用越来越广泛，成为预测性能的非常有希望的选择。
本文主要研究全固态锂电池用聚氨酯基固态聚合物电解质的制备与性能。
首先，本文对聚氨酯基固态聚合物电解质的基本概念进行了简要介绍，然后详细描述了制备电解质所需的原材料及其比例。
接下来，作者对聚氨酯基固态聚合物电解质的物化性质进行了测试。
实验中采用了压电频率响应法测试其电导率、交流阻抗法测试其内阻值和荧光共振能量转移法测试其锂离子迁移率。
结果表明，聚氨酯基固态聚合物电解质具有良好的电导率和锂离子迁移率，内阻值低，且有望替代传统有机液体电解质，大大提高锂电池的安全性。
最后，作者还对全固态锂电池用聚氨酯基固态聚合物电解质的电化学性能进行了测试。
通过循环伏安法和恒流充放电测试，研究了电解质对电池性能的影响。
实验中发现，该电解质可以有效减少电池内部电阻，提高电池的容量、循环性能和能量密度，可望成为新一代高性能全固态锂电池的重要组成部分。
结合所得结果，本文初步探索了聚氨酯基固态聚合物电解质在全固态锂电池中的应用前景。
然而，一些美中不足的问题，如聚氨酯基固态聚合物电解质在高温下的稳定性还需进一步研究。
因此，今后需要通过改进材料结构、制备方法等途径，进一步提高电解质的成品质量和稳定性，实现其在实际工业应用中的大规模生产和使用本研究初步探索了聚氨酯基固态聚合物电解质在全固态锂电池中的应用前景，结果表明该电解质具有良好的电导率、锂离子迁移率和内阻值，可以提高锂电池的安全性、容量、循环性能和能量密度。
但仍需进一步研究其在高温下的稳定性，并通过改进材料结构和制备方法提高成品质量和稳定性，以实现其在实际工业中的大规模应用全固态锂电池用聚氨酯基固态聚合物电解质的制备与性能研究2全固态锂电池用聚氨酯基固态聚合物电解质的制备与性能研究近年来，随着电动汽车和可穿戴设备等的广泛应用，锂离子电池作为其主要电源，已成为了当今电池市场中的主流产品。
水性聚氨酯基全固态锂离子电池电解质的制备及性能研究
合物 电解 质 ， 室 温 下 离 子 电导 率 可 以达 到 ３ ． １ ６ ｘ １ ０ ４
的研 究与开 发进 入 了新 的阶段 １ 。 Ｆ ｅ ｎ ｔ ｏ ｎ 等１ ４ １ 在 １ ９ ７ ３年 合 成 了聚氧 化 乙烯（ Ｐ Ｅ Ｏ ） 基 聚合物 电解 质 ， 此 体系是 当 前 被科学工作 者研 究最 多的一种 ，但 是其室 温下较 高
的结 晶度导致 了离子 电导 率 只有 ｌ ０ ～ １ ０ ～Ｓ ／ ｅ ｍ。Ｌ ｉ Ｍ 等 利用 Ｐ Ｖ ｄ Ｆ — Ｈ Ｆ Ｐ微孔膜 吸附胍基离 子液体复合制 备
不仅可 以提 高 同态 聚合 物 电解质 的低 温离子 电导 率 ， 而且可 以改善其力学性 能 Ｉ 。Ｓ Ｐ Ｅ的离子 电导率取决 于许 多因素 ， 其 中起 主要作用 的是 ＷＰ Ｕ的 Ｅ Ｏ链段数 目和链段 运动能力 。固态聚合物 电解质离 子电导率 和
机械强度 的提高 往往通过添加无 机纳米填料来 实现ｌ ９ 】 。 李月 姣等ｔ ｊ 以Ｐ Ｅ Ｏ为软 段 制备 ＷＰ Ｕ并 与 聚二 甲基硅
表明 ， 纳米 Ｓ ｉ Ｏ 以 Ｓ 卜。一 ｓ ｉ 的 形 式链 接 在 了聚 合 物 分子 链 段 上 ； 力 学测 试 结 果显 示 ， 随 着纳 米
Ｓ ｉ ｏ 含 量的增 加 ， 拉 伸强度 呈现 出先增 大后 减 小的趋 势 ， 而断 裂伸 长率增 加 ， 当纳 米 Ｓ ｉ ｏ 水 分散 液 的加 入 量 占总量 的 ４ ％时 （ ｓ ４ ） 拉 伸 强度 达到 最 大值 ， 为 ２ ５ ． ０ ＭＰ ａ ； 交流 阻抗谱 （ Ｅ Ｉ Ｓ ） 和循 环伏 安
质． 室 温下离 子电导率 比未共 混的 Ｐ Ｅ Ｏ电解质 有着 显
聚氨酯_超支化聚醚硫酸盐单离子型固体电解质
第36卷第1期 2002年1月上海交通大学学报JOU RNAL O F SHAN GHA I J I AO TON G UN I V ER S IT YV o l .36N o.1 Jan .2002 收稿日期:2001203224基金项目:国家自然科学基金资助项目(59903004)作者简介:陈建军(19762),男,浙江温州人,硕士,从事新型聚合物固体电解质的研究. 文章编号:100622467(2002)0120071205聚氨酯 超支化聚醚硫酸盐单离子型固体电解质陈建军, 王新灵, 王 雷, 唐小真(上海交通大学化学化工学院,上海200240)摘 要:将聚氧化乙烯聚氨酯(PEU )和超支化聚醚硫酸盐(SH PG 2N a )共混制得了单离子型聚合物固体电解质.运用红外光谱、升温红外、R am an 光谱和复阻抗谱等手段对其进行了表征.结果表明,该复合体系中的阳离子与醚氧原子发生络合作用并随盐浓度的增加而增强,温度对高盐浓度体系中的醚键和羰基与阳离子间的络合作用影响较大,而对低盐浓度体系的影响较小;在较低盐浓度时,SO 3在体系中主要以自由离子和离子对的形式存在,当盐浓度较高时,除了自由离子和离子对,还出现了盐的集聚体;PEU SH PG 2N a (离子化程度为60%)的最佳配比为30%～40%(质量分数,即[EO ] [N a +]=5～6),室温(25°C )下最高离子电导率Ρ=3.1ΛS c m ,中等温度(60°C )下达到10-5数量级,且电导率与温度的的关系基本符合A rrhen iu s 方程.关键词:超支化聚醚;聚氨酯;单离子电导率;聚合物固体电解质中图分类号:O 633.11 文献标识码:AP o lyure tha ne Hype r B ra nche d P o ly (g lyc ido l )S ulfa te S ing le P o lym e ric Ele c tro ly teCH EN J ian 2jun , W A N G X in 2ling , W A N G L ei , TA N G X iao 2z hen(Schoo l of Chem istry and Chem ical T echno logy ,Shanghai J iao tong U n iv ,Shanghai 200240,Ch ina )A bs tra c t :Po lyu rethane hyperb ranched po ly (glycido l )su lfate com p lexes w ere p repared and characterizedby FT 2I R ,R am an and i m p edance m easu rem en t .I R analysis suggests that the cati on s have a coo rdinate ef 2fect w ith the ether group and its coo rdinate degree increases w ith salt concen trati on .T he variab le tem pera 2tu re I R show s that tem peratu re has greater effect on the sam p les w ith h igher salt concen trati on than the low er ones .T he R am an analysis show s that there are th ree ex isting state of SO 3group in the system :free i on ,i on p airs and i on congeries .I m p edance m easu rem en t suggests that the com p lexes have the m ax i m um i on ic conductivity w ith 30%～40%of SH PG 2N a .T he op ti m um conductivity at room tem p eratu re is3.1ΛS c m w ith [EO ] [N a +]=5～6.T he conductivity increases w ith tem peratu re and the dependence of i on ic conductivity on tem peratu re fits the A rrhen iu s equati on .Ke y w o rds :hyp erb ranched po lyether ;po lyu rethane ;single i on ic conductivity ;po lym eric so lid electro lyte 自A r m and 于1978年首次提出聚合物电解质的概念[1]以来,聚合物电解质引起了各国化学家的广泛注意,对它的基础和应用研究也都取得了很大的进展[2～4].早期的聚合物电解质大多是聚合物与盐的复合体系,即是双离子型的,聚合物 盐络合物内阴、阳两种离子在电场作用下分别向两极移动,并产生与外电场作用相反的极化电势,给实际应用带来危害.自20世纪80年代以来,对高分子单离子导体的报道日益增多[5～7].虽然这类导体的离子扩散系数小,离子较难迁移,但具有优异的直流极化稳定性,长时间放电后仍能保持较高的电流密度[8].在本实验室的早期研究中发现,聚氨酯 高氯酸盐固体电解质中掺杂一定量的超支化聚醚(H PG )后,电导率有了相当大的提高.因此设想,如果把一种含有金属离子的较大相对分子质量的聚醚掺杂到聚氨酯中,使其不仅是提供金属离子的离子源,而且还是一种较好的增塑剂,则可能获得室温下具有较高电导率的聚合物电解质.本文合成了H PG ,并对H PG 进行进一步的硫酸化反应及中和反应,得到了系列超支化聚醚硫酸盐(SH PG 2N a ),将SHPG 2N a 与聚氨酯(PEU )共混得到了单离子型聚合物固体电解质,运用红外、升温红外、R am an 等方法对样品进行了表征,并研究了影响其电导率的各种因素.1 实验部分1.1 试 剂4,4′2二苯基二异氰酸酯(M D I ,纯度99%,A R级,烟台合成革厂)和聚氧化乙烯(PEO ,A R 级,上海浦东高南化工厂,相对分子质量1000)在60°C 真空箱中干燥3h 备用.1,42丁二醇(BDOL ,A R 级)和丙三醇(A R 级)氢化钙回流处理并减压蒸馏.三氟化硼乙醚(CP 级)加乙醚后氢化钙回流处理并减压蒸馏.缩水甘油实验室自制.氯磺酸,A R 级,上海试剂二厂.1.2 合 成(1)PEO 和M D I 为软段和硬段,BDOL 为扩链剂,PEO BDOL M D I 的摩尔比为12 3,二丁基二月桂酸锡作催化剂,用本体法合成聚醚聚氨酯.(2)以丙三醇为起始剂,缩水甘油为单体,在三氟化硼乙醚的引发下,进行开环聚合得到H PG .(3)氯仿为溶剂,氯磺酸为磺化剂,N aOH 为中和剂,合成SH PG 2N a .(4)计量的PEU 和SH PG 2N a 溶于N ,N ′2二甲基己酰胺(DM A )后,倾倒入聚四氟乙烯盘中,60°C 下成膜,然后70°C 下真空干燥72h 备用.1.3 表 征红外分析(FT 2I R )在Perk in 2E l m er 963型FT 2I R 仪上进行,测量范围4 000～400c m -1,分辨率2c m -1.升温FT 2I R 光谱在B ruker 公司FT 2I R 光谱仪EQU I NOX 55上进行,测量范围4 000～400c m -1,分辨率2c m -1,升温速度为2°C m in ,样品在N aC l 盐片上成膜.R am an 光谱在B ruker FRA 106FT 2RAM AN 仪器上进行,测量范围3 500～500c m-1,分辨率3c m -1,样品在N aC l 盐片上成膜.阻抗谱的测定在H ew kett Packard 生产的Hp 4192AL F I m pedance A nalyzer 上进行,样品直径1.3c m ,组装成Cu 聚合物固体电解质 Cu 电池,测定频率范围5～13M H z ,电压为1V ,温度为25～100°C ,升温速率为1°C m in ,每次测定前恒温20m in .2 结果与讨论2.1 红外分析图1为PEU SH PG 2N a 30复合体系的红外光谱图(PEU SH PG 2N a 30代表含有30%(质量分数)SH PG 2N a 的复合体系,余同),聚氨酯的特征吸收峰如下:3 330c m -1为N —H 伸缩振动;2 879c m -1为C —H 2对称伸缩振动;1 730c m -1为非络合的CO ;1 700c m -1为络合的CO ;1 338c m -1为C —H 2不对称伸缩振动;1 112c m -1为C —O —C 不对称伸缩振动;1 070c m -1为C —O —C 对称伸缩振动.除了上述聚氨酯的特征吸收峰之外,1 020、1 235和772c m -1C —O —S 伸缩振动附近出现了新的吸收谱带,这与超支化聚醚硫酸化盐的加入有关.图1 PEU SH PG 2N a 30([O ][N a +]=5.6)的红外光谱图F ig .1 I R spectrum of PEU SH PG 2N a 30 图2为PEU SH PG 2N a 系列样品的醚氧键红外局部图,图中箭头方向代表SH PG 2N a 的含量增加的方向(质量分数依次为10%,20%,30%,40%,50%).可以看到,随着SH PG 2N a 含量的增多,醚氧键的络合峰相对于非络合峰的强度有所增加,这是因为体系中氧钠比下降,阳离子的浓度增加,更多比例的醚氧原子与钠离子发生络合作用.另外发现,本系列样品中羰基的络合程度变化不明显,这可能是由于离子优先与大量的醚氧原子络合的缘故.2.2 升温红外分析为了研究温度对聚合物电解质的影响,利用升温红外对部分样品进行了测试,图3为羰基和醚键的局部升温红外图,箭头方向代表温度升高的方向.从图3(a )和(b )可见,PEU 2SH PG 2N a 10羰基的络合27 上 海 交 通 大 学 学 报第36卷 图2 醚氧键局部红外光谱图F ig .2 I R spectrum of C —O —C图3 羰基和醚氧键升温红外局部光谱图F ig .3 I R spectra of carbonyl bond and ether oxygen bond at different temperature峰(1 710c m -1)随温度没什么变化,说明羰基的络合程度没有随温度上升而增加;而PEU 2SH PG 2N a 40羰基的络合峰(1 710c m -1)随温度上升而增加,非络合峰(1 730c m -1)有所下降和变宽.从图3(c )和(d )可见,PEU 2SH PG 2N a 10醚键的络合峰(1 070c m -1)没有明显变化,非络合峰(1 110c m -1)随温度的上升略有下降和变宽,说明醚键的络合程度没有随温度上升而增加;PEU 2SH PG 2N a 40醚键的络合峰(1 070c m -1)随温度上升而显著增强,而非络合峰(1 110c m -1)则有所下降和变宽. 由以上分析可以得出如下结论:温度对高盐浓度体系中的醚氧原子和羰基氧原子与阳离子间的络合作用影响较大,对低盐浓度体系中的影响较小.低盐浓度下,醚键和羰基的络合峰没有明显变化,说明络合程度没有随温度上升而增加,这是因为大部分盐的阳离子已处于络合状态;而高盐浓度下,醚键和羰基的络合峰随温度上升而增加,非络合峰则有所下降和变宽.这说明温度上升促进了聚集态盐的解离和聚合物链段的运动,有更多的非络合醚键和羰基与解离的阳离子发生了络合作用,络合峰相对于非络合峰增强了.2.3 Raman 光谱分析在许多结构表征研究中,R am an 光谱与红外光谱的作用具有互补性.就本体系而言,在红外光谱图上,由于醚键在1 100c m -1附近有强而宽的谱带,一定程度上对附近—SO 3基团的分析带来了影响.而R am an 光谱图上的醚键在1 100c m -1附近没有吸收,本文正是利用这一点来研究—SO 3基团,从而分析盐在体系中的存在状态.图4为PEU 2SH PG 2N a 复合体系的R am an 光谱图,主要特征吸收谱带的归属如下:3 056c m -1为苯环C —H 伸缩振动;2 900c m -1为C —H 伸缩振动;1 700c m -1为C O 伸缩振动;1 311c m -1为C —H 伸缩振动;1 030～1 055c m -1为与—SO 3相关的振动;920～850c m -1为C —N 振动伸缩.37 第1期陈建军,等:聚氨酯 超支化聚醚硫酸盐单离子型固体电解质图4 PEU SH PG2N a的R am an光谱图F ig.4 R am an spectrum of PEU SH PG2N a 在—SO3局部R am an光谱图上(图略),PEU2 SH PG2N a10谱图主要有自由离子(1 030c m-1)和离子对(1 044c m-1)2个峰;PEU2SH PG2N a40谱图除了自由离子和离子对2个峰,还出现了离子集聚体峰(1 055c m-1).这说明了盐浓度较低时,体系中的盐主要以自由离子和离子对的形式存在,当盐浓度达到一定程度后则由于离子之间的作用显著增强而出现了盐的聚集体.2.4 离子电导率分析2.4.1 SH PG2N a含量与电导率的关系 图5为PEU SH PG2N a复合体系的SH PG2N a含量对电导率的影响.从图可看出,该体系系列样品在SH PG2 N a的含量为30%～40%([EO] [N a+]=5～6)时电导率曲线出现峰值,当SH PG2N a的含量继续增加时,电导率反而有所下降.这种电导率下降的现象可以归结为两种相反效应的平衡.一方面,在较低的盐浓度范围内,盐的解离度高,随着盐含量的增加,有效载流子数目增多,电导率就增大,但离子的总浓度还是较低;另一方面,在较高的盐浓度范围内,随着盐含量的增加,离子与醚氧原子发生络合作用,阻碍链段运动,有效载流子数目减少,反而使电导率下降.当盐浓度过高时,还会产生离子聚集态并导致有效载流子数目进一步降低.这两个相反效应相互制约使本体系的电导率在SH PG2N a的含量为30%～40%时出现最大值.实验中发现:当SH PG2N a的含量超过40%以后,尺寸稳定性下降,达到60%时力学性能开始变差,并出现了明显的相分离,这与体系电导率下降相一致.可能是因为高度支化分子结构中分子链之间不易象线形聚合物那样形成大量的缠结,所以当SH PG2N a含量过多时,导致膜的机械性能下降.综合考虑电导率和尺寸稳定性,本体系中的支化聚醚含量以30%～40%为佳.图5 硫酸化聚醚含量比对电导率的影响F ig.5 Effect of SH PG content on i onic conductivity 另外,SH PG2N a的含量超过30%以后,在高温条件下电导率下降幅度比低温条件下幅度要小一点.这是因为高温条件下,体系对盐的溶解度要高一些,所以受盐含量的影响相对小一些.图6 温度对电导率的影响F ig.6 Effect of temperature on i onic conductivity PEU2SH PG2N a体系的室温(25°C)离子电导率(Ρ)最高达到3.1ΛS c m.在中等温度(60°C)条件下,离子电导率达到了10-5数量级,这在单离子型聚合物电解质中已经属于较高水平.如果进一步提高超支化聚醚的离子化程度(可达90%以上),该体系的电导率还有进一步提高的潜力.2.4.2 温度对电导率影响 图6是温度对电导率的影响,电导率随着温度的升高而上升,且温度对电导率的影响较大.这是因为温度升高使聚合物链及离子的能级升高,分子链段更容易运动,离子迁移速度更快.另外由图可见,经过计算机线性拟合后,lgΡ与1 T呈现较好的线性关系,表明该体系的电导率与温度的关系符合A rrhen iu s公式:Ρ=Ρ0exp[-E (R T)]其中:E为离子传递的表观活化能;Ρ0为指前因子.47 上 海 交 通 大 学 学 报第36卷 3 结 语合成了新型的超支化聚醚硫酸盐,与聚氨酯共混制备了一系列的单离子复合型的聚合物固体电解质,它既有单离子固体电解质的传导特性,又有复合体系形态和组成易于调整的优点.在所研究范围内,该复合体系中的阳离子与醚氧原子发生络合作用,这种作用随盐浓度的增加而增强.温度对高盐浓度体系中的醚键和羰基与阳离子间的络合作用影响较大,对低盐浓度体系的影响较小.体系中SO3的存在状态有3种:自由离子、离子对和离子集聚体,在较低盐浓度时,主要以自由离子和离子对的形式存在;当盐浓度较高时,除了自由离子和离子对,还出现了盐的集聚体.PEU SH PG2N a(离子化程度为60%)复合体系中SH PG2N a的最佳含量为30%～40%([EO] [N a+]=5～6),室温(25°C)最高离子电导率Ρ= 3.1ΛS c m,中等温度(60°C)下达到10-5数量级.该体系的电导率与温度的关系基本符合A rrhen iu s方程.参考文献:[1] A r m and M.Po lym er so lid electro lytes an overview[J].Solid St ate I on ics,1983,9(10):745-754.[2] 瞿晓文,武荣瑞.聚醚2无机盐复合物导电性研究进展[J].高分子通报,1998,(1):79-83.ZHA I X iao2w en,WU Rong2rui.D evelopm ent ofconductivity of the po lyether2ino rganic salt comp lex[J].Poly m er Bulleti n,1998,(1):79-83.[3] 王兆翔,黄碧英,薛荣坚,等.聚合物电解质中离子输运机制的谱学研究[J].电化学,1998,1(14):80-85.WAN G Zhao2xiang,HUAN G B i2ying,XU E Rong2jian,et al.Study of i onic transfer m echanis m inpo lym er electro 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聚氨酯微胶囊的合成、结构及形态研究
用美国尼高力仪器公司生产 的 Ｎｃｌ ６ ｉ ｅ ５０型傅 ｏｔ 立叶变换红外光谱仪测定 Ｐ Ｕ微胶囊的红外光谱 。 用 日本 日电子 公 司产 Ｊ Ｍ－９ ０ Ｖ型 扫描 电子显 Ｓ ５０ Ｌ 微镜拍 摄 Ｐ 微 胶 囊 的 整 体 及 剖 面形 态 照 片 ， Ｕ 测定 其
粒径 、 膜孔径 及 内腔直 径 。
３ 结 果 与讨 论
３ １ 影响 Ｐ 微 胶囊 的 因素 ． Ｕ
３ １ ｉ 二异 氰酸 酯单 体种类 ．．
虑 到 甲苯一 ，－ ２ ４＿ －异氰 酸 酯 降解 出 的 甲苯二 胺 有 毒 ， 且
选 取单体 摩尔 比 ｎ Ｉ Ｄ （ ＤＩＨＤ ） ｎ Ｐ Ｇ） （Ｐ ＩＴ 、 Ｉ）： （ Ｅ 一６。 ， Ｅ ２Ｐ Ｇ分 子量 为 ２ ０ 总单 体含 量 为 ４ ， ０， ５ 改变 二异氰 酸酯单 体种 类所 得实 验结 果见表 １ 。 表 １ 二异 氰酸 酯单体 种 类对 Ｐ 微 胶囊的 影响 Ｕ
腔， 空腔 直径 为 ２ ｍ 左右 。 ａ ｒ
６ ℃ ， 出丙酮 ， ０ 蒸 然后 加入 定量 的蒸馏 水用 玻璃棒 搅 拌
均匀 ， 即得 Ｐ 水溶 液 。 Ｕ ２ ２ ２ Ｐ 微胶 囊 的合成 ． ． Ｕ
关键 词 ： 聚 氨酯 ； 囊 ； 微 合成
中图分 类号 ： Ｒ １ ． ８ ３ ８ ０
体种 类、 乙二 醇 分 子 量 、 体 摩 尔 比、 单 体含 量 、 聚 单 总
Ｃ Ｃ。浓度 对 Ｐ 微 胶 囊 的影 响 ， 过 Ｆ Ｉ 和 Ｓ Ｍ ａｌ Ｕ 通 ＴＲ Ｅ
表征 了微 胶 囊的 化 学结 构 和 形 态 结 构 。 实验 结果 表
聚合物固体电解质综述
凝胶聚合物电解质存在的问题
机械强度
A
常用的改善 GPE 的机械性能的方法主要 PE隔膜或无纺布支撑， 从聚合物结构的改性方面有共混或共聚、交联、添加填料等
界面稳定性
B
C
凝胶聚合物电解质与电极之间的界面稳定性是保证聚 合物电解质电池良好的循环寿命的最重要的因素
各组分的相容性和稳定性
聚合物会产生溶胀或溶解等结构上的变化，这样会引起聚合物 膜微孔的塌陷，孔隙率减少，降低聚合物膜的储液能力，液体 电解质析出，从而降低电解质的导电性和稳定性
聚合物，将光学活性聚合物的螺旋二 级结构用于构筑合适的离子
的高分子固体电解质。
聚甲基丙烯酸锂载流子源的制备与端基功能化
S
CN
S
COOH
S
COOH
+ 原料
COOLi
=
S
n
CN
COOLi
RAFT试剂CPADB
聚氨酯的双键功能化
点 击 化 学 拼 接
O
H N C O O
GPE 是由聚合物、锂盐、有机溶剂（也是锂盐的溶剂）等组成的凝胶体系，兼具液体电 解质的高导电率和 SPE 的安全性，GPE 膜被认为是最具有发展潜力的高性能锂离子电池 用电解质材料，也是解决锂离子电池安全性的重要途径。
聚偏氟乙烯（PVDF）
聚丙烯腈（PAN）
常用 材料
聚氧化乙烯（PEO） 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
谢谢 Thank you
液体电解质具有容易泄露、闪点较低、 易燃烧、易挥发、有毒等性质，液体锂 离子电池的安全可靠性较差，在挤压、 碰撞、过充或某些意外情况下，易发生 燃烧爆炸等问题，甚至危及人身安全。
锂离子电池固体电解质主要包括无机固
低聚醚聚氨酯固体电解质的形态及离子导电性能
第19卷第1期高分子材料科学与工程V o l.19,N o.1 2003年1月POL Y M ER M A T ER I A L S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G Jan.2003低聚醚 聚氨酯固体电解质的形态及离子导电性能Ξ曾来祥,王新灵,唐小真(上海交通大学高分子材料研究所,上海200240)摘要:采用聚氧化乙烯或聚二氧戊环作为增塑剂对分别以聚四氢呋喃(PTH F)和聚己二酸乙二醇酯(EGEGPU)为软段的聚氨酯固体电解质体系进行了共混增塑,并对所得固体电解质体系的形态和离子导电性能进行了讨论。
结果表明,低聚醚可以作为增塑剂而有效地改善聚氨酯固体电解质体系的链段柔顺性及聚集形态,从而提高体系的离子导电性能。
PEG可以对EGPU固体电解质体系进行有效的增塑改性,其中EGPU1322PEG600212的离子电导率在室温下可以达到10-5S c m以上;PDXL对EGPU固体电解质增塑改性效果较差,但是PDXL是PTH FPU固体电解质体系的有效的增塑剂。
关键词:聚氨酯;固体电解质;低聚醚;离子导电中图分类号:O631.2+3 文献标识码:A 文章编号:100027555(2003)0120144204 在聚合物固体电解质的研究中,共混和增塑是提高材料离子导电性能的一种非常有效的方法[1,2]。
通过共混和增塑,可以破坏聚合物链段的规整性,提高体系的自由体积,达到提高体系离子电导率的目的。
对聚氨酯型固体电解质 低聚醚增塑体系的研究也表明,低聚醚增塑剂的加入能有效提高体系的离子电导率[3,4],而且采用与聚氨酯软段结构不同的低聚醚作为增塑剂优于采用与聚氨酯软段结构相同的低聚醚作为增塑剂。
基于上述事实,本文采用聚氧化乙烯或聚二氧戊环作为增塑剂对分别以聚四氢呋喃(PTH F)和聚己二酸乙二醇酯(EGEGPU)为软段的聚氨酯固体电解质体系进行了共混增塑,并详细研究了所得固体电解质体系的结构、形态和离子导电性能。
有效介质理论在聚氨酯固体电解质中适用性研究
高分子材料科学与工程
V o l. 18,N o. 6
POL YM ER M A T ER IAL S SC IEN CE AND EN G IN EER IN G N ov. 2002
有效介质理论在聚氨酯固体电解质中适用性研究
方 滨, 王新灵, 杨 兵, 唐小真
第 6 期
方 滨等: 有效介质理论在聚氨酯固体电解质中适用性研究
185
Tab. 1 The com ponen t of syn thesized polym er
e lec tro ly te s
Sam p le
[O ] [L i] (m o l) PEU HD (m o l)
PEU HD 21
Chem. , 1994, 98: 6840～ 6845. [ 8 ] A lam gir M , M ou lton R D. E lectroch im ica A cta, 1991,
36 (5～ 6) : 773～ 782. [ 9 ] F lo rjanczyk Z, K raw iec W , W ieczo rek W , et a l.
1. 2 试样制备 采用溶液聚合方法, PEO BDOL M D I 的
摩尔比为 1 2 3, 40 ℃时将 PEO 的 DM A 溶液 滴加到M D I 的 DM A 溶液中, 搅拌反应 3 h 后 再缓慢滴加 BDOL 的 DM A 溶液, 控制滴加时 间为0. 5 h 左右。 搅拌反应 1 h 后终止反应, 样 品后处理后得 PEU 。 以 M D I 和 1, 42丁二醇 (BDOL ) 为原料, 摩尔比为 1 1, 相同条件下合 成了硬段聚氨酯 (HD ) [3, 4]。计量的 PEU 、HD 和 L iC lO 4、L iCF 3SO 3 溶于 DM A , 倒入聚四氟乙烯 盘, 在 60 ℃成膜。然后在 70 ℃真空烘箱中干燥 48 h, 备用。T ab. 1 列出了固体电解质样品薄膜 的组成。
有效介质理论在聚氨酯固体电解质中适用性研究
学 试 剂 厂 产 品 ； ， 一 二 醇 （ ＤＯＬ） Ａ． 级 ， １４丁 Ｂ ： Ｒ． 上海溶 剂厂产 品 ， 氢化钙 回流处理并蒸馏 ；， 用 ４ ４一 苯 基 二 异 氰 酸 酯 （ ＤＩ ： 度 ９ ， 台 二 Ｍ ）纯 ９ 烟
合成革厂产品， Ｎ 保 护 ， 压 蒸 馏 ； 氧 乙 烯 减 聚 （ ＥＯ） 真 空 烘 箱 中 ６ Ｐ ： ０ Ｃ干燥 ７ ２ｈ备 用 ， 均 平
定 频 率 范 围 ５Ｈｚ １ ～ ３ＭＨｚ 温 度 为 室 温 至 １ ０ ， ２ ℃ 。 品 直 径 １ ３ｃ ， 装 成 Ｃ 聚 合 物 固 体 电 样 ． ｍ 组 ｕＩ 解 质 ｌ ｕ电 池 。 升 温 速 率 为 １℃／ ｎ， 次 测 Ｃ ｍｉ 每 定 前 恒 温 ２ ｎ。通 过 阻抗 谱 的 测 定 得 到 样 品 ０ｍｉ 离子 电导率 。
关键 词 ： 体 电解 质 ； 效介 质理 论 ； 氨 酯 ； 固 有 聚 电导 率 中 图分类 号 ： ＴＱ３ ３ ８ ２ ． 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０７ ５ （０ ２ ０ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ１ ４０ １０－５５ ２０ ）６０８－３
多 组 分 聚合 物 电解 质 在 固 体 电解 质 研 究 领
品 后 处 理 后 得 Ｐ Ｕ 。 以 Ｍ ＤＩ和 １ ４ 丁 二 醇 Ｅ ，一
氢 化 钙 ： 海 化 学 试 剂 采 购供 应 站 提 供 ； 上
Ｎ， 二 甲 基 乙 酰 胺 （ Ｎ一 ＤＭ Ａ） Ｃ． ． ， 海 化 ： Ｐ 级 上
（Ｄ Ｂ ＯＬ） 原 料 ， 尔 比 为 １ １ 相 同 条 件 下 合 为 摩 ／，
１２ 试 样 制 备 ．
性 能 的 关 键 。 由于 聚 合 物 中 引进 第 三组 分 使 体 系趋 于 更 复 杂 ， 难 用 通 常 的 自 由 体 积 理 论 模 很
聚合物电解质
复合型聚合物电解质
CSPE 是针对固态聚合物电解质和凝
胶型聚合物电解质在使用过程中暴露出的
电导率低、稳定性差、易漏液问题而发展
起来的一种技术. 按照高分子材料增强理 论, 在高分子材料中加入某些无机填料,
能增强高分子材料的机械性能.
聚合物锂离子电池
聚合物电解质的应用
聚合物电解质膜燃料电池
聚合物锂离子电池
(O/Li)为 20时其电导率最高.
凝胶型聚合物电解质
GSPE 作为液态电解质与全固态电解质 的过渡产物, 与DSPE的不同之处在于GSPE 内含有大量液体. 由于电解质盐主要分散在液 体相中, 其离子传输也主要发生在液体相, 因 而其传输机理与液体电解质相似, 聚合物母体 起主要支撑作用.
GSPE 集合了固体的柔韧性与液体易扩 散的特点, 克服了液体电解质易在电极表 面生成易燃物质及漏液的缺点, 使电池的 设计更自由 . 但由于小分子溶剂的存 在,GSPE 具有溶剂的迁移性、挥发性较大, 电化学稳定性及热稳定性较差, 离子电导 率较低, 机械强度低, 电解质与电极界面 稳定性差等特性.
在液态锂离子电池基础上发展起来的新一代
高比能电池体系.是为解决液态锂离子电池存在
的严重不足而提出的一种全新的概念电池.
优点：安全性能高、重量轻、容量大、体积
小、易塑性高 被公认为最具发展潜力和应用市场的电池产 品，代表着锂电池技术的最高水平, 因此国内外 各大锂电池生产厂家及科研机构都将它作为研发
的重点.
后来Abraham等对多种聚合物电解质体系进 行了深入、广泛的研究. 在20世纪90年代, Gozdz等利用P(VDF2HFP)共聚物制备了多孔型聚 合物电解质( Porous Solid Polymer Electrolyte, PSPE ), 最先实现了聚合物锂离 子电池的产业化. 以上3类聚合物电解质各有其 特点, 但在具体应用过程中也暴露出一些问题. 为解决这些问题, 研究者采取了各种手段进行 尝试,W eston和Steele最先把电化学惰性的无 机填料A2A l2O3 加入到SPE 中, 以后各种惰性 粉末被应用于SPE 中, 逐渐形成了复合型聚合 物电解质体系( Composite Solid Polymer Electrolyte, CSPE )
聚氨酯型高分子固体电解质
聚氨酯型高分子固体电解质雷铎;任智鑫;杜圆圆;高敏;陶绪泉【摘要】综述了用于高性能锂离子电池的聚氨酯型固体电解质的发展情况,通过采用不同原料及配比、交联、聚合方法、共混等手段制备出无规共聚型、嵌段共聚型、互穿网络型、超支化型聚氨酯及复合型高分子固体电解质,利用聚氨酯高分子材料具有组成、微观结构、玻璃化转变温度易于设计和调控的特点,制备出电学性能、力学性能、耐老化性能和电化学稳定性等综合性能优良的高分子固体电解质材料,满足锂离子电池使用工况的要求.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2018(042)010【总页数】3页(P1575-1577)【关键词】高分子固体电解质;聚氨蘸;无规共聚;嵌段共聚;互穿网络;超支化聚氨酯【作者】雷铎;任智鑫;杜圆圆;高敏;陶绪泉【作者单位】聊城大学材料科学与工程学院,山东聊城252059;聊城大学材料科学与工程学院,山东聊城252059;聊城大学材料科学与工程学院,山东聊城252059;聊城大学材料科学与工程学院,山东聊城252059;聊城大学材料科学与工程学院,山东聊城252059【正文语种】中文【中图分类】TM912锂离子电池具有高能量密度和超轻质量的特点，目前主要使用的是具有较高离子电导率的液体电解质，但液体电解质中含有机溶剂，在使用过程中可能会出现由于电解液泄漏而引起的安全问题。
固体聚氨酯型高分子电解质，具有良好的成膜性、粘弹性和耐候性，可避免液体电解质体系的电解液泄露和有机溶剂挥发问题。
因此，研究开发室温下具有高导电率的固体型聚氨酯高分子电解质具有良好的应用前景。
1 无规共聚型和嵌段共聚型固体聚氨酯高分子电解质高分子材料的近程链段运动是影响电解质离子传导的主要因素，因此，在聚氨酯型高分子电解质体系的开发过程中，主要目标是制备兼有非晶态结构和较低玻璃化转变温度Tg两大特性的聚氨酯高分子材料。
聚硅氧烷具有低的Tg(－123℃)、骨架柔顺性好、环境友好、耐候性优良、热稳定性好，并且聚硅氧烷中含的硅醚结构能够实现离子的高速转移，因此，聚硅氧烷成为合成聚合物电解质的热点材料之一。
聚氨酯在聚合物电解质中的应用进展
第２ ２卷
性能 ， 发现 共混 的方 法可 使 聚合 物 的容忍 强 度提 高 ，
膜 的溶 胀 程 度 提 升 ， 图 １ 见 。测 试 室 温 离 子 电 导 率
聚二 甲基 硅氧 烷 二醇 和聚 乙二 醇 以不 同 的 比例 作为 混合 软段 ， Ｉ 为硬 段 ， ＭＤ 作 乙二 醇 作 为 扩 链 剂 ， 成 合
近几 年迅速 发展 起 来 的一 种 新 型 固 体 电 解质 材 料 。
生溶剂化作用 ， 进带 电离子的传输 ， 促 保证 固体 电 解 质具 有一 定 的导 电性 ；由氨 基 甲酸酯 等 极性 基 团 形成的分子硬段 ， 以产生物理交联点 ， 可 使其具有
良好 的力学 性 能 和成膜性 。 因此 。选 用 聚氨 酯作 为
基 体 ， 兼顾 聚 合物 固体 电解 质 的 电学性 能 和 力学 可 性 能 ， 以期望 通 过 一 定 的 分 子 设 计 得 到具 有优 良 可 力 学性 能 和离 子 导 电性 能 的新 型 聚氨 酯聚 合物 电解 质 ［ 。作 者 就 目前 以 聚 氨 酯 为 基 体 的 聚 合 物 电 ４ 解质 的研究 进展 进 行 了综 述 。
下 降 。 对 此 ， 们 又 研 究 了 Ｔ Ｕ （ Ｅ －００）： 他 Ｐ 一 Ｐ Ｇ２０
Ｔ Ｕ （ Ｅ ４ｏ ）： Ｅ Ｐ 一 Ｐ Ｇ ０ Ｐ Ｏ配 比为 ０ ５ ０ １０ ４时 的膜 ． ：． ：．
・
通 讯 联 系 人
维普资讯
・
２・
聚 氨 酯 工 业
（ 北 大学材 料科 学与 工程 学院 武 汉 ４ ０ ６ ） 湖 ３ ０ ２
摘 要 ：简述 了聚合物 电解质 的特 点 和发 展 前 景 ， 绍 了聚 醚 型聚 氨 酯 、 硅 氧烷 改性 聚氨 酯 、 介 聚 聚
固态电解质的理论计算与实验研究进展述评
的固态电解质提供思路和参考.最后，对第一性原理计算在开发新型固态电解质方面的应用
提出了展望. 关键词：固态电池；固态电解质；第一性原理计算；研究进展；综述评论
中图分类号:G804. 2
文献标识码:A
引文格式：何天贤，顾凤龙.固态电解质的理论计算与实验研究进展述评(J).材料研究与应用,2021,15(2):165-177,190. HE Tianxian, GU Fenglong. A review of theoretical calculation and experimental research progress of solid electrolytes (J]. MaterialsResearchand Application 2021 15 2):165-177 190
一定的条件(图1".
离子电导率
室温离子电导达到1(T'S・cm"以上, 这是保证锂离子电池快速充放电的 基本条件
固态电解质 评判标准
力学性能
高力学强度的固态电解质能抵制晶枝 的生长，高机械强度易于大规模生产
离子迁移数
理想状态为1,迁移数过低时阴离子会 在电极表面富集，导致电池极化加剧, 电阻增大
电极材料兼容性 保证良好的界面接触，其单位面积的 界面电阻应当尽可能小
制造成本 制造成本低廉，以利于市场开发
热力学/化学/电化学稳定性 为保证电池在较宽的温度范围内使用，固态电解质必须有 足够的热力学稳定性；保证在正负极之间不会发生副反应; 电化学窗口可以达到4.5 V以上
图1固态电解质的评判标准 Fig. 1 Judgment criteria for solid electrolyte
多样化的要求使得探索固态电解质是一个持续 性的话题.从1957年开始人们就在不断研究固态电 解质，但是至今仍然没有一种称得上是完美的固态 电解质.目前，应用的固态电解质有三种体系，分别
聚合物电解质的结构与性能表征
聚合物电解质的结构与性能表征聚合物电解质是一种基于聚合物材料的电导体，其具有多种优良的性能，例如高温稳定性、可塑性、低自放电率和优良的电化学稳定性。
因此，聚合物电解质在电池、储能器、传感器以及生物医学等领域有着广泛的应用前景。
为了更好地发挥聚合物电解质的性能，需要对其结构和性能进行深入研究和表征。
第一部分：聚合物电解质的结构表征聚合物电解质的结构通常可以分为三个部分：主链、侧链和功能单元。
主链是聚合物电解质的骨架，可以用来传递离子。
侧链可以增加聚合物电解质的溶解性、热稳定性和离子传输能力。
而功能单元则用于增加聚合物电解质的离子传输性能，例如增加酸基或锂离子配位官能团。
为了进一步了解聚合物电解质的结构，可以采用多种技术进行表征，例如核磁共振（NMR）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱和X射线衍射（XRD）等。
其中，NMR技术可以获得聚合物结构中原子的类型、化学键的种类、侧链的长度和分支类型等信息。
FTIR技术可以用于确定聚合物电解质中存在的官能团的类型和含量，同时还可以用于研究聚合物的结晶性和无序性。
拉曼光谱则可以用于表征聚合物电解质的分子振动模式，从而了解聚合物的局部结构和空间构型。
XRD则可以用于研究聚合物电解质的结晶性、晶体结构和晶体取向等信息。
第二部分：聚合物电解质的性能表征聚合物电解质的性能表征包含了多个方面，例如电化学性能、热稳定性、机械性能、化学稳定性等。
在电化学性能方面，聚合物电解质的离子传导能力、离子选别性、电化学稳定性、电容等是关键的指标。
离子传导能力是指聚合物电解质对离子传输的能力，可以通过测量导电性来表征。
离子选别性则是指聚合物电解质对某种离子的选择性，例如当电池中存在多种离子时，聚合物电解质只会传输其中的一种离子。
电化学稳定性则是指聚合物电解质在电池运行中的电化学稳定性，该指标可以通过设置不同的实验条件来测试。
电容则是指聚合物电解质储能能力的指标，可以通过电化学容量测量得到。
阻燃聚氨酯丙烯酸酯固态电解质膜及其制备方法与应用
阻燃聚氨酯丙烯酸酯固态电解质膜及其制备方法与应用阻燃聚氨酯丙烯酸酯固态电解质膜及其制备方法与应用简介阻燃聚氨酯丙烯酸酯固态电解质膜是一种新型的电解质材料，具有优异的阻燃性能和导电性能，广泛应用于各个领域。
本文将对该电解质膜的应用进行列举并进行详细讲解。
应用领域1. 锂离子电池阻燃聚氨酯丙烯酸酯固态电解质膜在锂离子电池中广泛应用。
其高可靠性和优异的电化学性能使其成为锂离子电池的理想电解质材料。
此外，该电解质膜具有良好的热稳定性和阻燃性能，能有效提高电池的安全性能。
2. 超级电容器阻燃聚氨酯丙烯酸酯固态电解质膜的高导电性使其成为超级电容器的理想选择。
超级电容器利用该电解质膜作为电解质，具有高能量密度、高功率密度和长寿命的特点。
在电动车、储能系统等领域具有广泛的应用前景。
3. 柔性电子器件由于阻燃聚氨酯丙烯酸酯固态电解质膜具有良好的柔性和弹性，因此在柔性电子器件中得到了广泛应用。
该电解质膜可以用作柔性电容器的电解质，也可以用作柔性传感器的隔离层，提供电池保护和稳定的电荷传导。
4. 光伏领域阻燃聚氨酯丙烯酸酯固态电解质膜在光伏领域中也有潜在的应用。
该电解质膜可以作为柔性有机太阳能电池的电解质，提供高效的电荷传输和阻隔功能，同时具有较好的阻燃性能，提高了太阳能电池的安全性能。
制备方法制备阻燃聚氨酯丙烯酸酯固态电解质膜的方法主要包括以下步骤：1.准备聚氨酯丙烯酸酯树脂及阻燃剂。
2.将聚氨酯丙烯酸酯树脂和阻燃剂按一定比例混合，得到预混料。
3.将预混料通过热压或浸渍等方法形成薄膜状。
4.将薄膜进行固化和热处理，得到固态电解质膜。
结论阻燃聚氨酯丙烯酸酯固态电解质膜具有广泛的应用前景，在锂离子电池、超级电容器、柔性电子器件和光伏领域等方面都有重要的应用。
该电解质膜的制备方法简单可行，可以通过控制材料比例和热处理工艺等步骤来调整其性能。
随着科技的不断进步，阻燃聚氨酯丙烯酸酯固态电解质膜有望在更多领域发挥重要作用。
5. 电化学传感器阻燃聚氨酯丙烯酸酯固态电解质膜也广泛应用于电化学传感器领域。
固态聚合物电解质的简介与发展路径
固态聚合物电解质的简介与发展路径下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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peo基固态电解质
peo基固态电解质PEO基固态电解质一、引言PEO基固态电解质（Polyethylene Oxide based solid electrolyte）是一种应用广泛的固态电解质材料。
固态电解质是指不含液态溶剂的电解质，由于固态电解质具有高离子导电性、化学稳定性和热稳定性等优点，因此在锂离子电池、超级电容器以及固态电池等领域有着广泛的应用前景。
PEO基固态电解质是一种通过聚合物电解质材料PEO（Polyethylene Oxide）改性的固态电解质，具有高离子导电性、良好的机械性能和较高的热稳定性，逐渐成为固态电解质领域的研究热点。
二、PEO基固态电解质的制备方法PEO基固态电解质的制备方法主要包括固态混合法和溶胶-凝胶法。
固态混合法是通过将PEO与锂盐和其他添加剂进行机械混合得到，该方法操作简单且成本低廉，但其试样的相分离程度较高，离子传输性能较差。
溶胶-凝胶法则通过将PEO和锂盐在有机溶剂中先形成凝胶态，然后将凝胶热处理得到PEO基固态电解质。
该方法制备的固态电解质具有较低的晶界能，离子传输性能较好。
三、PEO基固态电解质的性能特点PEO基固态电解质具有以下几个性能特点：1. 高离子导电性：PEO基固态电解质中添加适量的锂盐，可以形成嵌入型锂离子导电通道，使固态电解质具有良好的离子传输性能。
同时PEO基固态电解质由于材料中的PEO聚合物链与锂离子形成络合物，也能提高离子的迁移速率。
2. 良好的机械性能：PEO基固态电解质具有较高的拉伸强度和弹性模量，可以有效提高固态电解质的机械稳定性和耐久性。
这使得PEO基固态电解质在制备固态电池时，能够降低电池的内部应力，延长电池的使用寿命。
3. 较高的热稳定性：PEO基固态电解质具有较高的热稳定性，能够在高温环境下保持良好的离子传输性能和化学稳定性。
这使得PEO基固态电解质在高温状况下仍能保持电池的正常运转，大大扩展了电池的工作温度范围。
四、PEO基固态电解质的应用PEO基固态电解质在锂离子电池、超级电容器、固态电池等领域有着广泛的应用。
电池材料中的固态电解质研究与应用
电池材料中的固态电解质研究与应用固态电解质是指在低温下具有离子导电性能的非液态电解质。
不同于传统的液态电解质，固态电解质由于具有良好的化学和热稳定性、低温操作、高离子导电性、大电化学稳定性等优势广泛应用于各种电池系统中。
本文将以针对电池材料中的固态电解质的研究和应用进行分析和讨论。
一、固态电池中的电解质固态电解质的研究已经由于其优越性能而受到了广泛关注。
其中最常见的电池体系之一就是固态电池。
固态电池是一种新型的电池结构，它将电池中的电解液替换为具有离子导电性能的固态电解质材料。
固态电池由于具有良好的化学和热稳定性、低温操作、高离子导电性、大电化学稳定性等特点成为了目前研究的热点之一。
二、固态电解质材料的种类目前，主要的固态电解质材料包括聚合物固态电解质、氧化物固态电解质和硫化物固态电解质。
具体的聚合物固态电解质包括聚合物复合固态电解质、反硼酸盐聚合物固态电解质、磺酸聚合物固态电解质等。
氧化物固态电解质主要是指氮化物、磷酸盐等化合物。
硫化物固态电解质是一类具有富勒烯、硫化镁等化合物的复合材料。
三、固态电解质研究的挑战尽管固态电解质具有许多优点，但是目前的研究还存在很多挑战。
首先，与液态电解液不同，固态电解质具有较低的离子传输速率。
其次，固态电解质在高温下易出现分解现象，从而降低了电池的效率。
此外，由于固态电解质材料的制备难度大，导致其在生产过程中具有较高的成本。
四、固态电解质的应用虽然固态电解质的研究还存在一些挑战，但已经有许多应用成功的固态电解质电池问世。
目前最常见的固态电池系统就是锂离子固态电池，它可以用于电池存储、移动设备和电动汽车等领域。
其他应用包括超级电容器和太阳能电池等。
五、结论总之，固态电解质作为一种可以取代传统电池电解液的电池体系，具有诸多优点，在应用领域具有广阔前景。
但固态电解质目前仍存在许多的挑战，如提高离子传输速率和制备简便性。
相信随着技术的不断进步，固态电解质必将在电池材料中得到广泛应用。
固态电解质的研究现状
固态电解质的研究现状随着人们对新能源、新材料等领域的无限探索，固态电解质作为一种具有重要应用前景的材料，越来越引起人们的关注。
本文将对固态电解质的研究现状进行探讨，希望能够带给读者一些新的思考。
一、固态电解质的概念和意义固态电解质是指一种电解质，它的电导率比普通电解质更高，且不需要使用液体作为介质，而是以固态物质为基础。
固态电解质被广泛应用于电池、燃料电池、电化学传感器等领域，是新能源、新材料等产业基础材料之一。
二、固态电解质的研究现状1. 目前的固态电解质种类目前固态电解质的种类虽然很多，但能够广泛应用于充电电池中的还不是很多。
最常见的固态电解质材料有锂硼酸盐、氧化物和硫化物等。
其中，锂硼酸盐材料目前的研究最为深入，尤其以全固态锂离子电池最为突出。
而氧化物和硫化物等材料在新能源产业等领域的应用也在逐渐扩展。
2. 固态电解质的优势固态电解质与传统液态电解质相比具有更高的电导率、更佳的安全性和更长的寿命等优势，因此备受关注。
与此同时，固态电解质的低加工温度、便于成型、生产成本低等特点也使其在工业化生产中的应用前景更为广阔。
3. 固态电解质研究的热点目前，固态电解质的研究还存在一些问题。
尤其是固态电解质的制备工艺和性能调控方面还有待提高。
例如，固态电解质在长期使用过程中骤然降低的性能、安全性等问题，都需要进一步解决。
当前，很多固态电解质材料的改良和优化方向之一是研究新型电解质中游离离子的传输机制，寻找新型离子传输通道等。
三、固态电解质前景展望固态电解质依托于其优良的性能和特点，将有望成为新材料、新能源产业的重要组成部分。
未来，随着固态电解质的研究不断深入，它将在可再生能源、储能设备以及智能终端等领域得到更广泛的应用。
四、总结通过对固态电解质的研究现状进行分析，我们可以发现目前的研究成果仅是这个领域的一个开端，更加深入的研究将在未来得到展开，特别是在R&D和适用性方面的投入。
固态电解质的应用前景仍然是非常广阔的，在改善环境、提高储能等方面将有着重要的作用。
探究聚氨酯基聚合物电解质的应用进展
探究聚氨酯基聚合物电解质的应用进展1.黄成立2.席文3.陈浩4.戴雅1.浙江华峰新材料有限公司浙江省瑞安市3252002.华峰集团有限公司重庆市涪陵区408000 3.浙江华峰新材料有限公司浙江省瑞安市325200 4.浙江华峰新材料有限公司浙江省瑞安市325200摘要:人类活动的日益频繁，大众对能源提出诸多要求，能源的不均衡分布，导致能源供需矛盾愈发突出，环境问题越发严峻。
应该运用怎样的方式，才能够对能源进行合理使用，已经成为人们深入思考的问题之一。
因此，本篇文章主要对聚氨酯基聚合物电解质的应用进展进行仔细的分析，以作参考。
关键词:聚氨酯；基聚合物电解质；应用进展；聚合物电解质自身有非常多的优势与特点，例如：较低的成本、加工特别方便、柔韧度高等等，所以已经在固态电池生产领域当中得到重视以及广泛应用。
相关工作人员针对聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯等都进行大量研。
聚合物电解质在电子商品的小型化、微型化等多个领域当中也有非常广阔的发展前景。
基于此，本文下面主要对聚氨酯基聚合物电解质的应用进展展开探讨。
1、概况人类社会经济呈现出高速的发展态势，更多的新工艺、新技术、新材料出现在人们面前，能源消耗问题给予人们的生活以及生产带来诸多压力，为了能够将这一问题有效改善与解决，加速对能源转化和储存器件的研究，便成为重点的内容。
将聚合物作为基体材料的聚合物电解质，使得电解质强度较高，也有较高的柔韧性，二次电池和超级电容器在柔性可穿戴设备领域当中有着非常广阔的发展前景。
伴随相关研究的不断深入，聚氨酯的分子结构设计与改性方法在不断增加当中，所以聚氨酯基聚合物电解质的综合性能有所提高，其在多个领域当中得到广泛的应用。
什么是聚合物电解质？主要指的就是将高分子量聚合物作为重点和基体，与电解质盐混合形成，变成具有离子导电性的体系。
将聚合物电解质与液态电解质进行比较，二者之间有较大的不同，前者稳定性强、成膜性好，完全可以克服液态电解质当中所存在的问题，例如：容易泄露、容易燃烧等问题。
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第18卷第1期高分子材料科学与工程V o l.18,N o.1 2002年1月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G Jan.2002聚氨酯型固体电解质的体系组成与形态研究Ξ曾来祥,杨 兵,朱卫华,唐小真(上海交通大学化学化工学院,上海200240)摘要:制备了一种聚氧化乙烯聚氨酯,并制备了一种结构与该聚氨酯硬段一致的模型化合物,通过与聚氧化乙烯、高氯酸钠盐的共混,制备了一系列聚氨酯型聚合物固体电解质。
通过红外光谱分析以及A FM 分析的方法对该体系的聚集形态、离子2聚合物相互作用进行了研究,讨论了盐浓度、模型化合物的含量以及聚氧化乙烯的加入对体系的影响。
关键词:聚氨酯;聚合物固体电解质;聚氧化乙烯;A FM分析中图分类号:TQ323.8 文献标识码:A 文章编号:100027555(2002)0120051204 聚氨酯及其离聚物的链段中含有硬段和软段结构,这使得在设计具有优良力学性能和优良离子导电性能的新型聚合物固体电解质的过程中,此类聚合物受到了充分的重视[1～3]。
在以往的研究中,人们普遍认为,体系的形态对其离子导电性能有至关重要的影响,而新型仪器的出现又使对体系形态进行直接的直观观察成为可能。
对于聚氨酯型聚合物固体电解质,软段、硬段以及盐浓度等因素对体系的形态和综合性能均有很大的影响[2,4]。
因此,为了更好地进行聚氨酯型聚合物固体电解质的结构设计,必须深入研究影响此类体系的形态的重要因素。
本文制备了一种结构类似于聚氨酯硬段的模型化合物(HD),通过聚氧化乙烯聚氨酯、模型化合物、聚氧化乙烯和高氯酸钠盐的复合,制得了一系列的聚氨酯型聚合物固体电解质。
运用红外光谱分析、A FM分析的方法对该体系的聚集形态、离子2聚合物相互作用进行了研究,讨论了盐浓度、模型化合物以及聚氧化乙烯对体系的影响。
1 实验部分1.1 试剂及表征4,4′2二苯基二异氰酸酯(M D I):烟台合成革厂产品,N2保护,减压蒸馏;高氯酸钠(N aC l O4):A.R.级,上海试剂四厂产品,真空烘箱中60℃干燥72h备用;1,42丁二醇:A. R.级,上海溶剂厂产品,用氢化钙回流处理并蒸馏;聚氧化乙烯(PEO):真空烘箱中60℃干燥72h备用,平均相对分子质量为1000。
红外分析(FT2I R)在Perk in2E l m er963型FT2I R仪上进行,测量范围400c m-1～4000 c m-1,分辨率2c m-1,样品为透明薄膜;A FM 分析在N ano scope a型SPM分析仪上进行,扫描频率为2.001H z,高度范围为50nm。
1.2 合成步骤以1,42丁二醇(BD)为扩链剂,二丁基二月桂酸锡作催化剂,聚醚(PEO)和M D I分别为软段和硬段,PEO BD M D I的摩尔比为1 2 3,采用溶液聚合方法[3],合成了聚氧化乙烯聚氨酯(PEO2PU)。
以M D I和1,42丁二醇(BD)为原料,二丁基二月桂酸锡作催化剂,BD M D I的摩尔比为1 1,采用上述溶液聚合方法,合成了模型化合物(HD)。
1.3 固体电解质膜的制备计量的PEO2PU、HD、PEO和高氯酸钠(N aC l O4)溶于DM A,倒入聚四氟乙烯盘,在Ξ收稿日期:2000203221;修订日期:2000205230 作者简介:曾来祥(1972-),男,硕士研究生. 联系人:杨 兵.60℃成膜。
然后在70℃真空烘箱中干燥48h ,备用。
样品代号:以PEO 2PU 2HD 24为例,PEO 2PU 2HD 为含有HD 的聚氧化乙烯聚氨酯高氯酸钠复合物,4为样品的O N a +,而PEO 2PU 24中不含有HD 。
对于未标明HD 含量的样品,PEO 2PU HD =5。
文中样品含量均为结构单元的摩尔比。
F ig .1 I nfrared spectra of PEO -PU seriesF ig .2 I nfrared spectra of PEO -PU -HD ser ies2 结果与讨论2.1 FT -IR 分析在PEO 2PU 体系中,能与金属钠离子发生络合作用的主要是羰基和醚氧基,在红外谱图上,络合作用表现在吸收峰的低波数部分。
从F ig .1可以看出,随着体系的氧钠比逐渐减小,羰基的吸收峰的低波数部分增强且愈趋明显,氧钠比较低时尤为明显;醚氧基的吸收峰的低波数部分也增强且逐渐变得不明显,氧钠比较低时几乎未见发生进一步的增强。
可以推断随着PEO 2PU 体系中钠离子浓度逐渐增大(氧钠比逐渐减小),钠离子优先与醚氧基发生络合,当钠离子浓度达到较高水平后,与醚氧基的络合趋势减弱,钠离子将主要与羰基发生络合。
对含有HD 的PEO 2PU 2HD 体系(盐浓度变化)在红外光谱上的羰基吸收峰和醚氧吸收峰的分析也得到了相同的结论(F ig .2)。
由F ig .3发现,随着体系HD 含量增加,羰基吸收峰的低波数部分增强且愈趋明显,HD 含量较高时尤为明显;醚氧基吸收峰的低波数部分的变化与羰基相似。
可以推断随着PEO 2PU 212体系中HD 含量增大,羰基形成氢键程度增加,硬段部分的聚集程度增大,体系中的离子重新分布,逐渐由硬段区域转移到软段区域并与位于软段的醚氧基团进一步络合。
F ig .3 I nfrared spectra of PEO -PU -12HD ser iesF ig .4 I nfrared spectra of PEO -PU -12 PEO ser ies在F ig .4中,随着体系的PEO 含量逐渐增加,羰基的吸收峰变窄且愈趋明显,PEO 含量较高时尤为明显;而醚氧基的吸收峰,除了样品PEO 2PU 212 PEO =8出现异常现象外,几乎无变化。
据此可以推断,PEO 的加入使得PEO 2PU 212体系中硬段区域的聚集程度增加,但对其软段部分影响不明显。
2.2 AF M 分析由F ig .5与F ig .6可以发现,PEO 2PU 212的A FM 图上无明显的聚集体,其他样品的A FM 图上均可看到明显的聚集体。
PEO 2PU 2HD 212的聚集体最为明显。
而且,PEO 2PU 24和PEO 2PU 240的聚集体以及PEO 2PU 2HD 24和PEO 2PU 2HD 240、PEO 2PU 2HD 212的聚集体并不相同。
通过对A FM 图上不同聚集体的分析,可以得到一个结论,即盐浓度的变化将会25高分子材料科学与工程2002年 PEO 2PU 24PEO 2PU 212PEO 2PU 240F ig .5 AF M pictures of PEO -PU ser iesPEO 2PU 2HD 24PEO 2PU 2HD 212PEO 2PU 2HD 240Fig .6 AF M pictures of PEO -PU -HD ser iesPEO 2PU 212PEO 2PU 212 HD =5PEO 2PU 212 HD =2F ig.7 AF M pictures of PEO -PU -12 HD ser iesPEO 2PU 212PEO 2PU 212 PEO =12PEO 2PU 212 PEO =4F ig .8 AF M pictures of PEO -PU -12 PEO ser ies35 第1期曾来祥等:聚氨酯型固体电解质的体系组成与形态研究导致体系聚集形态的变化。
在氧钠比较大时,体系中存在较明显的聚集体。
随着氧钠比的减小,离子与聚合物链段的相互作用加强,对于PEO2PU体系,体系中的聚集体被破坏;对于PEO2PU2HD体系,体系中的聚集体有所加强。
然而,随着氧钠比的进一步减小,对于两种体系而言,均出现了具有不同特性的聚集体。
F ig.7为PEO2PU212 HD系列样品的A FM图,随着HD含量的增加,体系中出现明显的聚集体,且聚集程度逐渐加强。
这与红外分析结果一致。
F ig.8为PEO2PU212 PEO系列样品的A PM图,随着PEO含量的增加,体系中逐渐出现明显的聚集体,且聚集程度逐渐加强。
这也与红外分析结果一致。
比较F ig.7、F ig.8中的聚集形态,可以发现两图中的聚集形态并不相同,是具有不同特性的两种聚集体。
综上所述,盐浓度对聚氧化乙烯聚氨酯复合体系有着重要的影响。
随着钠离子浓度的增加,钠离子优先与醚氧基发生络合,当钠离子浓度达到较高水平后,与醚氧基的络合趋势减弱,钠离子将主要与羰基发生络合。
在本文研究的体系中,盐浓度的变化以及模型化合物和PEO 的加入均会引起复合体系聚集形态的变化,这两种因素对聚合物固体电解质的导电性能和力学性能均会产生重大的影响,这尚须进一步探究。
参考文献[1] 徐海生(XU H ai2sheng),刘益军(L I U Yi2jun),杨昌正(YAN G Chang2zheng),et a l.,高分子学报(A cta Po lym erica Sinica),1996,(3):323.[2] Xu H S,Yang C Z.Joum al of Po lym er Science:Part B:Po lym er Physics,1995,33:745.[3] W ang L,Yang B,W ang X L,et a l.Journal of A pp liedPo lym er Science,1999,71:1711.[4] Peng Z L,Itoh Y,L i S Q,et a l.A pp l Phys,1996,A,63:267.A STUDY ON MORPHOLOG Y OF POLY URETHANE EL ECTROLY TESZEN G L ai2x iang,YAN G B ing,ZHU W ei2hua,TAN G X iao2zhen(S chool of Che m istry and Che m ica l T echnology,S hang ha iJ iao T ong U n iversity,S hang ha i200240,Ch ina)ABSTRACT:A po ly(ethylene ox ide)u rethane and a m odel2com pound of hard segm en t(HD)w ere p repared in th is study.So lid po lym er electro lytes w ere go t from the b lends of po lyu rethane, N aC l O4,HD o r po ly(ethylene ox ide).T he sam p les w ere characterized by FT2I R and A FM. Effect of concen trati on of N aC l O4on the com p lex w as studied.T he resu lts show that HD,PEO and concen trati on of N aC l O4have i m po rtan t effect on i on2po lym er in teracti on and m o rpho logic structu re of system s.Keywords:po lyu rethane;so lid state electro lyte;po ly(ethylene ox ide);A FM 45高分子材料科学与工程2002年 。