梳形聚醚全固态聚合物电解质的电导率研究
锂电池用PEO基固态聚合物电解质研究进展及应用
将铁 氧 体 BaTiO3 引 入 SPE中 制 成 PEO -LiClO4 BaTiO3体系的 CPE[ 22, 30] , 含质量分 数 1.4%BaTiO3的 SPE室 温下的电 导率为 1.3 ×10-5 S/cm, 这 是由 于 BaTiO3是 铁氧 体 , 具有特殊的晶体结构 , 能够自发极化 , 提高 了电导率 。
国内外学者所做的关于 PEO基 SPE的性 能改进研究 方 法 , 尤其是提高电 导率的 研究 , 分 别为 对 PEO进 行改 性 、改 变锂盐的结构和含量 、在 SPE中加入无机填料 。 1.1 PEO改性
通过对 PEO基体进 行处 理以 达到 降低 结晶 率 , 提高 聚 合物链段的运动能 力 , 提 高锂盐 解离度 , 进而 提高电 导率 的 研究较为广泛 , 主要方法有共混 、共聚 、接枝 、梳形化 、超支 化 等。
料 , 聚合物电解质进入纳米材料行列 。
表 1 PEO基 CPE的组成及其室温电导率
填料
压电陶瓷 [ 19]
SiS2 [ 20] OMMT[ 21]
合成锂蒙脱石 [ 22]
锂离子交换皂石 [ 23] ZnAl2 O4 [ 18] BaTiO3 [ 12]
纳米 Al2 O3 [ 24] SiO2气凝胶 [ 25] 纳米 Al2 O3 [ 19] 纳米 TiO2[ 15]
MgO[ 26]
锂盐
MAg4I5 1) LiClO4
LiCF3 SO3
LiF
未知
LiClO4 LiClO4 LiBF4 LiClO4 LiClO4 LiClO4
LiI
室温电导率 /S/cm
2 ×10 -3 3.87 ×10 -5 1.4 ×10 -5 4.324 ×10 -5 4.1 ×10 -3 2.23 ×10 -6 1.3 ×10 -5
全固态锂硫电池电极及电解质膜的制备及性能研究
全固态锂硫电池电极及电解质膜的制备及性能研究吕忠伟;彭锦雪;郑陈熙;龚正良【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2024(48)4【摘要】全固态锂硫电池(ASSLSBs)兼具高能量密度与高安全性,被认为是最具潜力的下一代储能体系候选者之一,然而目前实验室使用的粉末冷压技术并不适合实际应用。
因此,开发合适的工艺大规模制备固态电解质膜以及复合正极对促进全固态锂硫电池的实际化应用具有重要意义。
以二甲苯作为溶剂,苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)作为粘结剂,通过浆料涂布工艺制备了具有高离子电导率(4.7×10^(-4) S/cm)的自支撑硫化物固态电解质膜以及高硫含量(50%质量分数)、高硫载量(4~5 mg/cm^(2))的复合硫正极极片,并研究了其性能。
研究表明:SEBS 质量分数为3%时,电解质膜兼具柔性及高离子电导率;SEBS质量分数为1%的复合硫正极极片表现出良好的电化学性能。
使用固态电解质膜与复合正极极片组装的全固态锂硫电池首次放电比容量可达742.9 mAh/g。
【总页数】6页(P622-627)【作者】吕忠伟;彭锦雪;郑陈熙;龚正良【作者单位】厦门大学能源学院【正文语种】中文【中图分类】TM912.9【相关文献】1.基于有机-无机复合固态电解质膜的全固态锂电池制备与性能研究2.格林卡《夜莺》的创作手法与演奏诠释3.新高考背景下的高中政治教学策略4.全固态锂硫电池复合电解质膜的制备及其性能研究5.通过双掺杂增强Li_(7)P_(2.9)Sb_(0.1)S_(10.65)O_(0.15)I_(0.2)电解质用于高性能全固态锂硫电池因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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
聚合物固体电解质综述
电解质盐的改性
由于锂离子半径很小，如果阴离子半径很大，所形成的盐离解能小而且容易发 生电离。通常采用的锂盐有 LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3及 LiN（CF3SO2）2等
电解质与聚合物的组合
利用聚合物的弯曲链把阴离子包围住，从而抑制阴离子的移动。结果表明，锂 离子的迁移数大大增加了，但是总的离子导电性大大下降。
研究较多、性能较好
直接涂布法
1
凝胶
将聚合物溶解在锂盐浓度较低的液体电解质中， 将形成的凝胶涂布在制模板上，蒸发多余的溶剂 即得到凝胶聚合物电解质膜
现场聚合法
单体、交联剂、液态电解质和引发剂直接混合均
匀，然后注入电池，真空密封，最后加热或 UV
聚合形成凝胶聚合物电解质
2
3
微孔聚合物隔膜法
限制被为空聚合物隔膜，后将聚合物隔膜寖取电 解质活化，即得到凝胶聚合物电解质。
聚合物固体电解质的概述
电解质综述
全固态聚合物电解质
CONTENTS
凝胶聚合物电解质
电解质综述
锂离子电池
超级电容器
燃料电池
电解质广泛应用于电池、高温氧化物燃料电池、超级电容器、电致变
色器件和离子传导型传感器件等。也用在记忆装置、显示装置、化学传感 器中。其作用为：在正负极之间充当离子传输的媒介。
凝胶聚合物电解质存在的问题
机械强度Байду номын сангаас
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
聚合物固态电池电导率
聚合物固态电池电导率【原创实用版】目录一、引言二、聚合物固态电池的概述三、聚合物固态电池的电导率及其影响因素四、提高聚合物固态电池电导率的方法五、结论正文【引言】随着科技的发展，人们对于能源的需求越来越高，同时对于能源的环保性和可持续性也提出了更高的要求。
聚合物固态电池作为一种新型的能源存储设备，具有高能量密度、环境友好等优点，被认为是下一代能源存储设备的重要发展方向。
然而，聚合物固态电池的电导率较低，这限制了其性能的进一步提升。
本文将对聚合物固态电池的电导率及其影响因素进行探讨，并提出提高电导率的方法。
【聚合物固态电池的概述】聚合物固态电池是一种采用固态聚合物作为电解质的电池，与传统的液态电解质电池相比，具有更高的安全性、更低的自放电率和更宽的工作温度范围等优点。
聚合物固态电池主要由正极、负极和电解质组成，其中正极和负极材料多为锂离子、钠离子等金属离子，电解质则采用固态聚合物。
【聚合物固态电池的电导率及其影响因素】聚合物固态电池的电导率是指电池内部电子的传导能力，其大小直接影响到电池的充放电性能。
聚合物固态电池的电导率受多种因素影响，主要包括以下几点：1.电解质材料的性质：电解质的离子迁移率和电导率是影响聚合物固态电池电导率的关键因素。
通常情况下，离子迁移率越高、电导率越大的电解质材料，其对应的聚合物固态电池电导率也越高。
2.电极材料的性质：正负极材料的电子传导性能也会对聚合物固态电池的电导率产生影响。
具有高电子传导性能的材料可以提高电池的电导率。
3.电池结构：电池的结构设计对电导率也有重要影响。
优化电池结构，如改变电极的厚度、电导率和电阻，可以有效提高聚合物固态电池的电导率。
【提高聚合物固态电池电导率的方法】针对聚合物固态电池电导率较低的问题，研究人员提出了多种提高方法，包括以下几点：1.选择高离子迁移率和高电导率的电解质材料：通过选用具有高离子迁移率和高电导率的电解质材料，可以有效提高聚合物固态电池的电导率。
聚合物电解质
聚合物电解质旳性能
(3) 与电池电极和其他材料结合 时, 具有很好旳化学及电化学相 容性; (4) 具有很好旳热力学稳定性; (5) 具有一定旳机械强度; (6) 对环境无毒; (7) 聚合物材料易于合成且具有 良好旳加工性。
目前聚合物电解质大致可分为 4种：
1.全固态聚合物电解质 2.凝胶型聚合物电解质
复合型聚合物电解质
CSPE（氯横化聚乙烯）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,能增强高分子材料旳 机械性能.
研究者把纳米粉末应用于 SPE 旳研究中, 制备CSPE膜. 因为所添加旳惰性粉末为纳米材料, 使得SPE膜旳性 能更稳定.
何钟达、 陈艳玲等采用相转换法制备了以丙烯腈(AN) / 甲基丙烯酸甲酯(MMA)为基质, 添加纳米 Si O2旳复 合聚合物电解质膜,与空白隔膜相比, 复合隔膜具有较 致密旳构造,有利于提升聚合物旳电导率.
吴川、潘春花等采用了一种自制新型超支化聚醚 (PHEMO)与甲苯 2 , 4- 二异氰酸酯 (MDI)在电解液中 进行缩合反应, 制备了一种具有交联网状构造旳聚氨 酯(PEU)型凝胶态聚合物电解质. 在这种新型旳电解 质中,电解液小分子被聚合物大分子包裹在其中, 可有 效预防凝胶聚合物电解质旳漏液问题, 从而可提升锂 离子电池旳安全性.
聚合物电解质
聚合物
水溶液中或在熔融状态下就能够导电旳化合 物。
聚合物电解质
高聚物离子导体，其链节单元中具有可解离性离子基 团。
聚合物电解质不但具有很好旳导电性, 而且具有高分子材料所特有旳质量轻、 弹性好、 易成膜等特点, 在一定程度 上符合化学电源质轻、 安全、高效、 环境保护旳发展趋势,所以成为近几年 化学电源研究和开发旳热点。
固态电解质离子电导率eis拟合
固态电解质离子电导率eis拟合固态电解质是一种在室温下呈现固态态的电导体，它具有高离子迁移率和优越的化学稳定性，是燃料电池、锂离子电池、及其他电化学器件的重要组成部分。
因此，对固态电解质的离子电导率进行研究和拟合是十分重要的。
固态电解质的电导率与其组成物质的结构、晶格、缺陷和掺杂等因素密切相关。
目前研究固态电解质离子导电的主要方法是进行交流阻抗谱（EIS）测量并进行拟合。
EIS通过测量材料在交流电场下的响应，可以得到材料的电导率、电容率和极化等信息。
而通过对EIS数据进行拟合，则可以得到固态电解质的离子电导率与温度、结构、掺杂等因素之间的关系。
常见的固态电解质材料包括氧化物、氮化物、硅化物等，其中氧化物固态电解质是研究最为广泛的。
氧化物固态电解质主要包括氧化锂、氧化镁、氧化铝等材料，它们具有比较高的离子导电率和优越的化学稳定性，是锂离子电池和燃料电池等设备中的重要部分。
因此，研究氧化物固态电解质的离子导电行为具有重要的理论和应用意义。
对于氧化物固态电解质的EIS拟合，主要有两种常见的方法：基于等效电路模型和基于经典微观理论。
基于等效电路模型的方法将EIS 数据与特定的等效电路模型进行拟合，通过调整等效电路元件的参数来得到材料的电导率等信息。
而基于经典微观理论的方法则是通过理论模型和实验数据的对比，来推导出固态电解质的离子电导率与温度、结构等因素的关系。
在EIS拟合中，除了选择合适的拟合方法外，还需要考虑实验条件的影响。
例如，温度、气氛、电极材料等因素都会对EIS数据产生影响，因此需要尽量控制这些因素，以获得准确的拟合结果。
此外，固态电解质离子电导率的测量也需要考虑材料与电极的接触问题，以确保测量的准确性。
最后，固态电解质离子电导率的研究不仅有助于理解固态电解质的基本性质，还可以为燃料电池、锂离子电池等器件的性能优化提供重要参考。
因此，通过EIS拟合研究固态电解质的离子电导率，可以为该领域的发展和应用提供重要的理论和实验支持。
梳状P_MMA_co_MAh_g_PEGME共聚物的合成及结构与性能
梳状聚合物是一种很有价值的聚合物材料, 可以通过接枝在共聚物的侧链上引入具有特殊性 能的官能团或聚合物链段, 得到具有特殊性能的 梳状聚合物, 因此, 广大研究工作者将梳状聚合物 用在电池中的聚合物电解质、分散体系或乳液体 系的稳定剂、抗静电物质、药物载体等领域的研究 上.
甲基丙烯酸甲酯( MMA) 是合成树脂、油漆涂 料、胶粘剂工业和医用高分子材料的重要原料. 以 其为单体的聚合物( PMMA) 制品具有良好的透气 性、防水性和耐侯性, 除用在高层建筑和交通工具 的安全玻璃外, 在照明器材、光学仪器、光纤维等 高科技产品中的应用也日趋广泛. 近年来, 研究发 现 PMMA 作为凝胶聚合物电解质基体材料, 由于 与增塑剂具有好的相容性, 能够包容较多的液体 电解质, 具有 高的离子电导率, 且 PMMA 系列凝 胶电解质( GPE) 对锂电极有 较好的界面稳定性, 与金属锂电极的界面阻抗低[ 1, 2] , 因此在此领域得 到广泛的研究. 但是, PMMA 类 GPE 中较多的增塑 剂使其机械强度降低、且热稳定性较差、Li+ 离子 迁移数偏低( 正 离子迁移数一般不超过 015) 、难 以与电极充分 接触[ 3] , 影 响了其进 一步应用. 目 前, 对 PMMA 类 GPE 的改性主要通过共混、共聚、
聚乙二 醇 单甲 醚和 甲 醇 依次 与 共聚 物
P( MMA- co-MAh) 在溶液中发生两度酯化后, 共聚 物 P( MMA- co- MAh) 结构中的酸酐通过酯化反应 生成酯类, 在红外光谱上表现为酸酐的特征峰消 失. 图 1 中 曲线 a 为 P ( MMA- co-MAh) 共聚 物的 FTIR 谱 图, 曲 线 b 为 接 枝 后 的 梳 状 聚 合 物 P( MMA- co-MAh)- g-PEGME的 FTIR 谱图. 可 以看 出, 接枝后马来酸酐的特征峰即 1851 cm- 1和 1786 cm- 1 处共聚物酸酐中 C O 的吸收峰, 950 cm- 1 五元环状酐( O C ) O ) C O) 的振动吸收峰全 部消失, 表明酸酐已完全转化. 1152 cm- 1 处出现 醚( C ) O ) C) 的吸收峰, 应该为接枝链段上的醚 的吸收峰, 表明聚乙二醇单甲醚已经接枝到共聚
聚合物固态电解质;离子电导率10-5 s cm-1
聚合物固态电解质：离子电导率提升至10-5 s cm-1随着科技的不断进步，人们对于电池技术的要求也越来越高，而固态电解质作为电池技术的核心组成部分，其性能的优劣直接决定了电池的性能和安全性。
近年来，聚合物固态电解质作为一种新型的电解质材料，备受关注。
本文将重点介绍聚合物固态电解质的特点以及离子电导率提升至10-5 s cm-1的技术和意义。
聚合物固态电解质是一种由高分子材料制成的电解质，与传统的液态电解质相比，具有更高的安全性和稳定性。
由于其具有较好的机械性能和加工性能，因此也更容易实现薄型化、轻量化等要求。
此外，聚合物固态电解质还具有较高的离子电导率和电化学稳定性，因此在电池、燃料电池等领域具有广泛的应用前景。
然而，聚合物固态电解质的离子电导率相对较低，这也是制约其应用的一个重要因素。
为了提高聚合物固态电解质的离子电导率，科研人员进行了大量的研究工作，并取得了一些重要的进展。
其中，将聚合物固态电解质与无机填料进行复合是一种有效的手段。
通过添加无机填料，可以增加聚合物固态电解质的离子通道数量，提高离子的迁移速率，从而提高其离子电导率。
最近，有研究团队发现，通过在聚合物固态电解质中添加一种特殊的无机填料，可以将离子电导率提高至10-5 s cm-1以上。
这一技术突破对于聚合物固态电解质的应用具有重要意义。
首先，高离子电导率可以缩短电池的充电时间和提高电池的能量密度，从而提高电池的性能。
其次，高离子电导率可以降低电池的内阻和减少电池的发热量，从而提高电池的安全性和稳定性。
最后，高离子电导率可以简化电池的结构和降低电池的成本，有利于推动聚合物固态电解质在实际应用中的普及和推广。
总之，聚合物固态电解质作为一种新型的电解质材料，具有广泛的应用前景和重要的研究价值。
通过科研人员的不断努力和技术创新，相信聚合物固态电解质的离子电导率会得到进一步的提高，为未来的能源存储和转化技术带来更多的可能性。
新型聚合物固态电解质的技术研究
新型聚合物固态电解质的技术研究下载提示：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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全固态锂离子电池用PEO基聚合物电解质的研究进展
全固态锂离子电池用PEO 基聚合物电解质的研究进展／赵旭东等13全固态锂离子电池用Pro 基聚合物电解质的研究进展。
赵旭东，朱文，李镜人，贾迎宾 (华中科技大学材料成型与模具技术国家重点实验室，武汉430074)摘要 锂离子电池作为重要的能量储存元件在消费类电子产品、电动汽车和可再生能源存储等领域具有广泛 的应用。
传统液态电解质锂离子电池受到能量密度低、安全性差等诸多缺陷的限制，采用固态电解质替代液态电解 质制备新型固态锂离子电池目前备受关注。
PEO 基固态聚合物电解质由于其设计简单、易于制造、使用安全等优点 已被认为是替代传统液体电解质的首选。
介绍了当前PEO 基聚合物电解质的主要研究种类、特点和性能；阐述了锂 离子在PEO 基聚合物电解质中的导电机制；分析了与PE O 络合的锂盐种类对聚合物电解质的电导率的影响规律； 在此基础上提出了几种改善Pro 基聚合物电解质性能的措施和方法。
关键词 固态锂离子电池PE O 聚合物电解质 固态电解质 中图分类号：TM911 文献标识码：AResearch Progress in PEO Based Polyme r Electrolytes of AllSolid State Lithium Ion BatteryZHAO Xudong ，ZHU Wen ，LI Jingren ，JIA Yingbin(State Ke y L a bo r at o r y of Material Processing a nd Die&M oul d Technology ，H uazhong University of Scienceand Technology ，Wuhan 430074>Abstract As a n i mp ort an t c omp on en t of energy storage ，lithium-ion battery has bee n w ide ly use d in consumer el e c tr o ni c s p r od u c ts ，e l e c tr i c v e hi c le s an d r e ne w ab l e energy storag e ．Beca use the t r a di t i on a l l i t hi u m-i o n b a tt e r y wh ic h used liquid e l e ct r o l yt e h as limitations o n energy density and security ，using solid state e le c t r o ly t e i n s t e ad of liquid elec — trolyte to develop novel all solid statelithium-ion bat t e r y i s b eco min g mor e a nd mor e att rac tiv e ．PE O-b ase d solid poly —mer e le c tr ol yt e has been consid ered a s a p re f e r r ed a lt e r n a ti v e to the conventionalliquid electrolyte because of its ad va n —tages in t erm s 0f simplicity 0f design ，easy p roduc tion and operational safety ．Th ecurrent research about major types ， ch ar a ct er i st ic s and pe rfo rma nce s of P EO -b a se d p o l ym e r e le ct r ol y te s a r e pr es en te d ．T he c on du ct io n me ch an is m of I i- th iu m ion in PEO-basedpolymer elec t ro l yt es is d escribed ，and the effects of the kinds 0f lit h i u m salts ha ving the c o m p -l e x a t i o n w i t h Pr o o n the conductivity of r es u l ta n t polymer elec tr o ly t es a r e analysed ．Basedo n th e s e ，s e ve r a l measur es and me th od s for i mpr ovi ng per for ma nce of PEO-based polymer ele ct r ol yt e s a r e p ro po se d ．K e y w o r d ssolid state lithium ion bat t er y ，PE O ，po l ym e r e le c tr o ly t es ，s o li d eletrolytes当前锂离子电池对人们日常生活以及国民经济所产生 固态电解质一般分两类，一类是无机陶瓷电解质，一类是有 的影响巨大，其应用涵盖商业化电子产品(如手机、电脑等)、 机聚合物电解质。
导电聚合物的电导率研究
导电聚合物的电导率研究导电聚合物是一种具有导电性能的高分子材料。
由于其优良的电导率和可塑性，导电聚合物在电子器件制备、能源存储和传感器等领域显示出巨大的应用潜力。
本文将介绍导电聚合物的电导率研究，主要从导电机制、聚合物结构调控以及外界因素等方面展开讨论。
导电聚合物的电导率主要来自于电子或离子在其分子链内或链间的传输。
根据导电机制的不同，导电聚合物可分为两类：金属导电型和载流子型。
金属导电型导电聚合物通过共轭结构中的π电子传导电子，而载流子型导电聚合物则是利用离子在化合物中的自由移动来传导电流。
这两种导电机制的不同决定了导电聚合物的电导率大小和稳定性。
在聚合物结构调控方面，一方面可以通过控制导电聚合物的化学结构来改善其导电性能。
例如，引入具有π电子结构的共轭单体可以增加导电聚合物的共轭程度，提高电子导电性。
另一方面，可以通过控制聚合物的分子量和分子量分布来调节其链间排列的紧密程度，从而影响载流子的传输效率。
此外，在合适的电界条件下，还可以通过控制导电聚合物的形态和晶体结构来进一步提高其导电性能。
除了聚合物自身的结构特点，外界的因素也会对导电聚合物的电导率产生影响。
例如，导电聚合物的温度、湿度和pH值等环境条件变化，都会对聚合物内部的电荷传输路径和载流子传输行为产生影响。
此外，外加电场的作用也会改变导电聚合物内部的电荷分布，并进一步调控电导率。
因此，综合考虑外界因素对导电聚合物的影响，可以优化其电导率并拓展其应用范围。
近年来，随着纳米技术的发展，人们开始研究导电聚合物的纳米复合材料。
这种复合材料将导电聚合物与纳米材料相结合，能够在优化电导率的同时，也兼具其他物理性能，如机械强度和热稳定性等。
通过纳米复合材料的设计和构筑，可以进一步提高导电聚合物的电导率，从而实现更多应用领域的需求。
总之，导电聚合物的电导率研究是一个多学科交叉的领域，涉及导电机制、聚合物结构调控以及外界因素等方面的内容。
通过深入研究导电聚合物的电导率，可以有效地改进其性能，并推动其在电子器件、能源存储和传感器等领域的应用。
聚合物电解质简介
聚 合 物 电 解 质 的 性 能
(3) 与电池电极和其他材料结合
时, 具有较好的化学及电化学相 容性; (4) 具有较好的热力学稳定性; (5) 具有一定的机械强度;
(6) 对环境无毒;
(7) 聚合物材料易于合成且具有
良好的加工性。
目前聚合物电解质大致可分为4种：
1 全固态聚合物电解质 2 凝胶型聚合物电解质
具有交联网状结构的聚氨酯(PEU)型凝胶态聚
合物电解质. 在这种新型的电解质,电解液 小分子被聚合物大分子包裹在其中, 可有效防 止凝胶聚合物电解质的漏液问题, 从而可提高 锂离子电池的安全性.
PSPE（三聚绝缘卷材） 是指聚合物本体具有多孔 结构, 增塑剂和盐存在于 聚合物本体孔结构中. 聚合物多孔膜具有较 高的孔隙率、 较强的液体 保持能力及一定的机械强 度. PSPE膜的离子电导率 一般在 100 S/cm数量级.
保的发展趋势,因此成为近
几年化学电源研究和开发
的热点。
聚 合 物 电 解 质 的 发 展 简 史
1973
Wright首次测量了聚氧乙烯 (PEO)与碱金属盐 (Mx)络合 的电导率 在 PAN2 Li X, PVDF2LiX体系 中加入塑化剂 EC , PC等环酯制 成凝胶聚合物电解质(Gel Solid Polymer Electrolyte GSPE ), 发 现离子电导率大大提高 Armand等报道了 PEO的碱 金属盐在 40 ~ 60e 时离子电 导率达 10- 5S/cm, 且具有良 好的成膜性能,可用作锂离子 电池的电解质
尺寸的聚合物电解质的电导率比含有微米尺寸的要高 .
此外还发现,无机颗粒的尺寸越小,对聚合物结晶的抑
制越明显,也越有利于电导率的提高.
聚合物固态电解质
聚合物固态电解质固体聚合物电解质(Solid polymer electrolyte，SPE)，又称为离子导电聚合物（Ion-conducting polymer）。
固体聚合物电解质的研究始于1973年Wright等人对聚氧化乙烯（PEO）与碱金属离子络合物导电性的发现。
1979年，法国Armand等报道了PEO碱金属盐络合物在40～60℃时离子电导率达10-5S/cm，且具有良好的成膜性，可用作锂离子电池电解质。
固体聚合物电解质在电子、医疗、空间技术、电致显色、光电学、传感器等方面有着广泛的应用。
简介固体聚合物电解质(Solid polymer electrolyte，SPE)，又称为离子导电聚合物（Ion-conducting polymer）。
固体聚合物电解质的研究始于1973年Wright等人对聚氧化乙烯（PEO）与碱金属离子络合物导电性的发现。
1979年，法国Armand等报道了PEO碱金属盐络合物在40～60℃时离子电导率达10-5S/cm，且具有良好的成膜性，可用作锂离子电池电解质。
固体聚合物电解质在电子、医疗、空间技术、电致显色、光电学、传感器等方面有着广泛的应用。
由于它具有质轻、成膜性好、黏弹性和稳定性均较好等优点，加上在基础研究方面的重要意义，使这一研究有了迅速发展。
国内外对聚合物电解质研究最多、最广泛的是聚氧化乙烯（PEO）类聚合物电解质，但由于PEO的结晶性，其室温离子电导率很低，为10−7～10−8S/cm数量级。
[1]SPE的导电机理固体聚合物电解质由高分子主体物和金属盐两部分复合而成。
前者含有能起配位作用的给电子基团，且基团数的多寡、是否稳定、分子链的柔性等均对固体聚合物电介质有重要影响。
Armand等认为离子导电是通过离子在螺旋溶剂化结构的隧道中的跃迁而实现的。
Berthier 的研究结果表明，由PEO和碱金属盐形成的固体高聚物电解质，常温下存在非晶相（无定形区）、纯PEO相（晶相）和富盐相三个相区，其中离子传导发生在非晶相区。
超锂离子导体电导率比较
超锂离子导体电导率比较
超锂离子导体的电导率可以通过比较不同材料的离子导电性能来评估。
以下是一些常见的超锂离子导体材料及其电导率的比较：
1. 固态电解质：
- 锂磷酸盐玻璃陶瓷（LiPON）：电导率约为10^-6 S/cm。
- 硫化锂陶瓷：电导率约为10^-3 - 10^-4 S/cm。
2. 聚合物电解质：
- 聚合物电解质（如聚乙烯氧化物，PEO）：电导率通常较低，约为10^-7 - 10^-5 S/cm。
- 聚合物与离子液体复合材料：电导率通常在10^-4 - 10^-2 S/cm之间。
3. 氧化物电解质：
- 固体氧化物燃料电池（SOFC）电解质氧化物（如氧化锆，YSZ）：电导率通常在10^-2 - 10^-1 S/cm之间。
- 稀土钇系氧化物（如氧化钇稳定的氧化锆，YSZ）：电导率约为10^-2 - 1 S/cm。
需要注意的是，不同温度下，不同材料的电导率会有差异，并且可能会受到添加剂、晶体结构、缺陷等因素的影响。
因此，在比较超锂离子导体的电导率时，需要考虑实际应用条件和材料的热力学稳定性等因素。
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电化学
2 006 年
1) 3-羟甲基-3 -甲基氧杂环丁烷 ( HMO) 合成 将 120 g三羟甲基乙烷, 118 g碳酸二乙酯和 5 mL KOH 的乙醇溶液 ( 0. 2 g /mL )放入圆底烧瓶, 于 氮气保护下 110 回流 1 h. 常压蒸馏除去乙醇, 再 减压蒸馏, 油浴加热至 275 , 收集 120~ 140 馏 分, 反复蒸馏两次 得到 51. 60 g 无色液体 HMO, 得率 为 51% . FT IR / cm- 1: 3 404 ( O H ), 1 047 ( C O ) , 969 ( 环 上 C O C ) ; 1 H NM R / 10- 6:
第 1期叶 霖等: 梳形聚醚 全固态聚物电解质的电导率研究31
图 1 POE电解 质的交流阻抗谱 F ig. 1 A C impedance spectra o f the PO E e lec tro lyte
2 结果与讨论
2. 1 电导率的测试
高氯酸锂 的阴 阳离 子半 径都比 较小 ( rLi+ =
抗谱. 如图, 在较低的 45 下, 阻抗谱线在高频端
呈现一个不规则的半圆, 圆弧与实轴的右交点即为
电解质的体电阻 R b, 其低频部分为一直线, 这是由 扩散阻抗而引起的; 而在较高的 80 下, 由于电导
率的提高使高频端的半圆变小并移向更高频端, 而
低频端的直线与实轴的交点同为体电阻.
图 2是不同高氯酸锂浓度的 POE 电解质电导
1. 3 聚合物电解质的制备
取 4 g POE溶解于 15 mL CH 2C l2中, 在氮气保 护下加入 5 g 乙酸酐, 反应 5 h. 加入正己烷作沉淀 剂, 反复溶解沉淀 3次, 得到封端的无定形聚合物, 真空干燥. 将该聚合物分别溶解于不同浓度的高氯 酸锂的四氢呋喃溶液, 90 下真空干燥至恒重. 即 得到不同氧锂比的 POE 电解质.
( 1. 北京理工大学材料科学与工程学院, 北京 100081; 2. 北京理 工大学化工与环境学院, 北京 100081; 3. 国家高技术绿色材料发展中心 , 北京 100081)
摘要: 应用阳离子开环聚合反应合成含二 缩三乙二 醇单甲 醚侧链 的梳形 聚醚 PO E, 并与高 氯酸锂 复配制
成聚合物电解质. 交流阻抗测试表 明, 当 PO E 电解 质内 的氧 锂比 ( O /L i) 为 20 时, 其 电导 率最 高, 室温 下为
本文应用阳离 子开环聚 合反应 由 3-羟 甲基3 -甲基氧杂环丁烷单体合成了一种含二缩三乙二 醇单甲醚侧链的梳形聚 醚 POE, 然后与高氯酸 锂 复配制成聚合物电解质, 应用交流阻抗谱测定了其 含不同锂盐浓度的电导率. 通过 DSC、XPS 等测试 手段研究锂离子浓度对这类聚合物链段运动能力
的影响, 锂离子在聚合物中的溶解状态等. 希望能 够为设计、合成及表征具有更高离子电导率的聚合
3)聚 3-[甲氧基 ( 三乙氧基 ) ] 甲基-3 -甲基氧 杂环丁烷 ( POE )的合成
在冰水浴和氮气保护下将 5 mL CH 2 C l2放入干 燥 的 圆 底 烧 瓶, 用 微 量 进 样 器 加 入 0. 045 g ( 0. 000 5 m o l)丁二醇, 0. 142 g ( 0. 001 m o l) BF3 乙醚, 陈化 30 m in. 然后缓慢加入 2 g ( 0. 015 m ol) HMOPEO, 反应 6 h, 用甲醇终止反应. 然后加入正 己烷作沉淀剂, 反复溶解沉淀 3次, 得到无定形的 聚合物 POE, 真空干燥. FT IR / cm - 1: 3 403( OH ), 2 902 ( CH 2 ), 1 115 ( 直 链 C O C ); 1 H NMR / 10- 6: 0 902 ( 3H, CH 3 ), 3. 185 ( 4H, 主 链 CH2 ), 3. 294 ( 2H, C CH 2 O ) , 3. 383 ( 3H, CH 3 O ), 3. 533 ~ 3. 565 ( 4H, C CH 2 O CH 2, CH2 OCH3 ), 3. 605 ~ 3. 630 ( 2H, CH2 CH 2 O CH3 ) , 3. 641 ~ 3. 667 ( 6H, O CH 2 CH2 O ); G PC: Mn = 3666, Mw /M n = 1. 60.
第 12卷 第 1期 2006年 2月
电化学
ELECTRO CHEM ISTRY
V o.l 12 N o. 1 F eb. 2006
文章编号: 1006-3471( 2006) 01-0029-006
梳形聚醚全固态聚合物电解质的电导率研究
叶 霖1, 高 鹏 1, 冯增国* 1, 吴 锋 2, 3, 陈 实 2, 3, 王国庆2, 3
10- 4. 43 S / cm, 80 时则达到 10- 3. 44 S / cm. 用 DSC和 XPS分别 表征了 链段运 动能力和 锂盐在 POE 中的 溶解状
态对电导率的影响.
关键词: 氧杂环丁烷单体; 梳形聚醚; 聚合物电解质; 电导率
中图分类号: O 631. 1
文献标识码: A
从上世纪 70年代 W right和 A rm and发现聚氧化 乙烯 ( PEO) - 碱金属盐的离子导电性并提出聚合物 电解质的概念以来 [ 1], 用聚合物电解质代替液体电解 质应用于锂离子电池便成为众多科学工作者的研究 热点[ 2] . 聚醚因其结构单元的醚氧原子具有较强的给 电子能力, 较强的链段运动能力和较好的电化学稳定 性而受 到人们青睐. 围 绕这一体系, M iwa[ 3], H vistled[ 4] , P as ini[ 5] , Jannasch[ 6] , N ishmi oto[ 7], T akahito[ 8] 等分别合成了一系列的支化、超支化、梳状以及共聚 的聚醚聚合物电解质, 其中室温电导率最高达 10- 5 ~ 10- 4 S / cm, 已接近了实用目标 ( 10- 3 S / cm ).
关于聚合物电解质的电导率 ( ) 与温度之间
的关系, 若简单以 lg ~ 1 /T 作图 ( 即所谓的 A rrhe-
n ius方程 ) , 得到的往往是一条向上凸的曲线 [ 9, 11] ,
其结果即如图 2 所见. 但若应用 VTF 方程便可更
好地描述电导率随温度变化的直线关系 [ 9, 11-12] .
物电解质提供一定依据.
1 实验部分
1. 1 试剂与仪器
三羟甲基乙烷和二缩三乙二醇单甲醚为 F luka
产品; 碳酸二乙酯、丁二醇、BF3 乙醚、四丁基溴化 铵为中国医药集团上海化学试剂公司生产. 二氯甲 烷 ( 北京化工厂 ), 分析纯, 使用前用 CaH2重新蒸 馏纯化.
红外 测试使用 Sh im adzu IR Prest inge-21 红外 光谱仪; 1H NMR 由 Bruker ARX 400核磁仪测定, 以 CDC l3作溶剂, 四甲基硅烷为内标; 元素分析使 用 V ario EL Ⅲ 元素分析仪; DSC测试使用 N etzsch 的 PC-200热分析仪, N 2保护, 先升温后淬冷消除热 历史, 正常测试升温速率 10 /m in. XPS数据采集 使 用 ( PERK IN-ELMER Physics E lectron ics ) PH I 5300谱仪, M gK 靶 ( hv = 1 253. 6 eV ) , 功率为 250 W ( 12. 5 kV 20 mA) , 以固定通能 ( FAT-F ixed Analyzer T ransm ission) 模式工作: 全扫描 81 95 eV, 窄 扫描 35. 75 eV, 步长分别为 0. 10 eV 和 0. 05 eV, 本 底真空优于 10- 7 P a( 10- 9T orr) . 电导率测试使用电 化学工作站 ( CH I660A, 上海辰华 ) , 从 30 至 80
3 381 ( 3H, CH3 O ), 3. 535 ~ 3. 557 ( 2H, CH 2
OCH 3 ) , 3. 566 ( 2H, C CH2 O ), 3. 639 ~ 3. 667
( 10H, O CH 2 CH2, CH2 CH 2 O CH 3 ), 4 335~ 4. 525( 4H, 环上 CH2 ) ; 元素分析实测 ( 计 算值 ) /% : C 57. 83( 58. 06), H 9. 61( 9. 68).
, 每 5 测试一次. GPC 使用 W aters 2414凝胶渗 透色谱仪, 以聚苯乙烯作标样, 四氢呋喃为流动相, 测量温度为 35 .
1. 2 POE 聚合物的合成
POE 合成路线如下:
收稿日期: 2005-07-08, 修订日期: 2005-07-29 * 通讯作者 , T e:l ( 86-10) 68912650, E-ma i:l sa infeng@ b it. edu. cn 国家 973 计划 ( 2002CB211800)资助
1. 233( 3H, CH 3 ) , 3. 144 ( 1H, OH ) , 3. 603 ( 2H, CH2 O ) , 4. 315~ 4. 473( 4H, 环上 CH 2 ) .
2) 3-[ 甲氧基 ( 三乙氧基 ) ] 甲基-3 -甲基氧杂 环丁烷 ( HMOPEO) 合成
将 30. 67 g 35% 的 N aOH 的水溶液缓慢 加入 到对甲苯磺酰氯 ( 24. 30 g, 0. 172 m o l) 和四丁基溴 化铵 ( 2. 80 g, 0. 008 6 m o l) 的甲苯 ( 100 mL ) 溶液 中. 再于 10 下, 1 h内逐滴加入 25. 80 g ( 0. 157 m ol) 的二缩三乙二醇单甲醚, 室温反应 4 h. 然后 将 16 01 g ( 0. 157 m ol) HMO 缓慢加入反应体系, 并于 1 h之内加入 9. 26 g N aOH 颗粒. 60 下反应 1 h, 回流 4 h, 结束反应. 添加 100 m L 水溶解 N aC ,l 用 100 mL 甲苯萃取反应物. 有机相用 50 m L 的水 洗涤两次, 无水硫酸钠干燥. 旋转蒸发除去溶剂甲 苯, 减压蒸馏两次, 油浴加热至 275 , 收集 140~ 165 的 馏 分 HMOPEO, 得 率 为 21. 4% . FT IR / cm - 1: 2 878( CH 2 ) , 1 112( 直链 C O C) , 969( 环 上 C O C ); 1 H NMR /10- 6: 1. 314 ( 3H, CH3 ) ,