聚合物电介质

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
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.
产品.
它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
蓝牙耳机, MP3 , MP4 , 数 码相机, 移动电话, PHS电话， 无线鼠标,手机等.
GSPE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
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.仅 2007~ 2009年 就有学者对其进行深入研 究, 并取得了一定的成果.
日本在 2009 年中，销售了5000―6000 台 家用燃料电池 ，经过 1 年多的运营 ，日本的 家用燃料电池认可率已经达到71％。 在美国，固定式燃料电池为燃料电池提供 了一个重要的早期市场。 2008 年，美国安装 了大约 50套新的大型固定式燃料电池装置为用 户提供分布式电源，世界上最大的固定式燃料 电池装置―――4.8MW的站内发电量，就位于美 国新的世界贸易中心大楼内；2009年，康涅狄 格州公共事业委员会已批准要建立9 座熔融碳 酸盐燃料电池发电厂， 发电量共计27.3MW；俄 亥俄州为实现本地二氧化碳的零排放 . 2010年上海世博会上燃料电池汽车的大规 模示范运行，也初步展示了我国在氢能与燃料 电池开发应用上的实力和技术。
CSPE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
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
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.
谢 谢 观 赏
燃料电池发展现 状 氢能被视为21 世纪最具发展潜力的清洁能源， 在 21 世纪的第1 个 10 年结束之际，以燃料电池技 术为代表的氢能的开发和利用已在全球各国取得巨大 进展，并开始部分实现商业化。 2010 年 5 月 14―15 日，第 13次国际氢经济和燃料电池伙伴计划 会议（IPHE）在德国埃森召开；随后，5 月 16―21 日，第 18届世界氢能会议（WHEC）也在埃森举行。 从会议透出的信息显示，即便在全球遭遇金融危机的 情况下，各国持续开展氢能与燃料电池技术研究、开 发和商业化部署的脚步也没有放缓。 中国科学技术部以及同济大学、清华大学等单位 派代表出席了这两个会议。
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
它是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. 具有安全性能高、重量轻、容量
大、体积小、易塑性高等优点,被公
认为最具发展潜力和应用市场的电池
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
又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. 开发具有高的质子传导能力 的质子交换膜是关系这类燃料 电池发展的关键. 其应用范围很广,可用于电 动汽车、固定式电源、便携式 移动电源等.
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中,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.
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10-3S#
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;
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
3 多孔型聚合物电解质
4 复合型聚合物电解质
DSPE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/LiC10体系中添加不同尺寸
Al2O3对电导率的影响,发现含有纳米尺寸的聚合物电
百度文库
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(O/Li)为 20时其电导率最高.