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.
叶霖等合成了梳形聚醚 POE,并与高氯酸锂复配 制成全固态聚合物电解质,并用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.交流阻抗测试表明, 当POE 电解质内的氧锂比
2004年 5月 26日, 在第 2 届国际氢能论坛上,清华大 学的燃料电池大巴和同济大 学的燃料电池轿车备受瞩目, 这是我国自主开发首获成功 的大功率燃料电池汽车. 聚合物电解质膜燃料电 池作为一种新型能源，愈来 愈为人们所关注！
虽然聚合物电解质已应用于
锂离子等电池的商品化生产, 但
在实际应用中仍存在一些亟待解
(O/Li)为 20时其电导率最高.
GSPE（葡萄籽原花青素）
作为液态电解质与全固态电
解质的过渡产物, 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.
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
组组 长员 ：： 吴杨刘杨高 美 彦 军 汝洁云雪梅
电解质 水溶液中或在熔融状态下就能够导电的 化合物。 聚合物电解质 高聚物离子导体，其链节单元中含有可 解离性离子基团。
聚合物电解质不但具有
较好的导电性, 而且具有高
分子材料所特有的质量轻、 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
决的问题, 因此,聚合物电解质
领域还需作进一步的研究、 优 化和发展.
等优点,被公认为最具发展潜力和应
用市场的电池产品.聚合物锂离子电
池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.
聚合物 锂离子电 池的应用 范围
便携式 DVD, 笔记本电脑, 通信装置,矿灯,仪器仪表, 摄 像机,航模车模, 电动玩具, 电动工具, 小型UPS等
1975
1979
Gozdz等利P(VDF2HFP) 20世纪90年代 共聚物制备了多孔型
聚合物电解质
Weston和 Steele最先把电化 学惰性的无机填料 A2 Al 2O3
加入到 SPE 中, 以后各种惰
之 后 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
从电化学角度出发, 聚合物电
蓝牙耳机, MP3 , MP4 , 数 码相机, 移动电话, PHS电话， 无线鼠标,手机等.
通信站、电动自行车电动汽 车、专用动力设备UPS等
未来在聚合物锂离子 电池研究中, 聚合物电解 质的结构、 传输机理和基 础研究、 电极界面特性及
高性能的电池组装研究将
仍是主要关注的焦点.
聚合物电解质膜燃料电池
PSPE是较有希望应用于锂离子电池的 一类聚合物电解质, 其离子电导率较接近液 体电解质.另外, 使用 PSPE也使锂电池的装 配过程变得相当简单,该技术的意义在于提 供了低成本的设计和制造新型电池形状的可 能性. PSPE的典型代表是以 Be lleore技术 制备的 PVDF2HFP电解质膜. 利用 Be lleore技术制备的 PSPE膜最先应用于锂离 子电池实际生产中,并在移动电话和PDA中得 到应用, 这是聚合物锂离子电池在产业化方 面迈出的重要一步.
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,能增强高分子材料的机械性能.
研究者把纳米粉末应用于 SPE 的研究中, 制备CSPE膜. 由于所添加的惰性粉末为纳米
材料, 使得SPE膜的性能更稳定.
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的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的结构,有
也称质子交换膜燃料电池，
是一种能直接将燃料和氧化剂
中的化学能转化为电能的电化 学装置, 具有能量转换效率高、
环境友好、比能量高(相对于电
池)、操作温度低、启动快等特
点. 聚合物电解质膜燃料电池
应用范围很广,可用于电动汽车、 固定式电源、便携式移动电源 等.
美国能源部已制定了 /氢计划0, 提 出要在2010年让燃料电池在汽车市 场上占有 25 %的份额。 日本经济产业省也提出在 2010年 前要把汽车用燃料电池的价格降低 到普通汽油发动机的水平,并且要首 先从政府机关开始普及燃料电池车. 日本东芝公司于 2004年 6月 25日宣 布开发出了世界上最小的聚合物燃 料电池,只有拇指大小,却可以使像便 携式播放机这样的小型电器连续工 作20 h。
利于提高聚合物的电导率.
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
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.它是为解
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.聚合 物锂离子电池具有安全性能高、重
量轻、容量大、体积小、易塑性高
聚 合 物 电 解 质 的 性 能
解质应具备以下7种性能:
(1) 有较宽的电化学窗口, 在电池
过充电及放电过程中具有较好的电 化学稳定性,降低充放电时的过电
位;
(2) 为获得较高的电流密度, 聚电
解质的室温电导率必须达到1 0-3S•
cm-1, 离子迁移数应为 1,否则在电 极表面将产生浓度梯度而导致极限 电流;
3 多孔型聚合物电解质
4 复合型聚合物电解质
DSPE（1,2-硬脂酰基 磷脂酰乙醇胺 ）是研究最 早的一类聚合物电解质,
到目前为止, 绝大部分
DSPE的离子电导率都比较 低，但电化学稳定性和对 电极的稳定性好.
Ahn等通过研究在PEO(聚环氧乙烷)/LiC10体系 中添加不同尺寸Al2O3对电导率的影响,发现含有纳米