聚合物锂离子电池用凝胶电解质的研究进展

综述聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚丙烯腈(PAN)等聚合物材料用作锂离子电池凝胶电解质的特性.PAN体系凝胶电解质的离子电导率一般在10-3S/cm数量级,其锂离子迁移数比PEO体系大,可达到0.5;与PAN基凝胶电解质相比,以PMMA为基的凝胶电解质与锂电极的界面稳定性和循环性能更好,但是机械强度较差;PVDF大分子链上含有很强的推电子基(-CF2),且介电常数较高(ε=8.4),有利于促进锂盐更充分的溶解,增加载流子浓度.提出添加无机纳米粒子的凝胶电解质是目前的研究热点,是凝胶电解质的发展趋势.     

离子液体掺杂凝胶电解质的制备及性能

以N-N二甲基丙烯酰胺(DMAA)和甲基丙烯酰氧基二苯酮(MABP)为单体,利用自由基共聚合制备了聚合物母体材料。将合成的母体材料,离子液体与双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂一起混合成均匀溶液,采用简单的溶液铸膜工艺制备成膜,经紫外(UV)交联得到交联型凝胶电解质薄膜。通过红外光谱、差示扫描量热、X-射线衍射、力学拉伸测试仪、扫描电镜、电化学交流阻抗谱、线性扫描伏安法等不同测试方法对不同交联组分比例下制得的凝胶聚合物电解质进行表征。结果表明:聚合物母体材料中MABP质量含量为30%时,综合性能较好的电解质在30℃时电导率可达1.16×10~(-4) S/cm;采用循环伏安法测得该电解质的电化学稳定窗口为+4.6 V(vs Li/Li~+),可以满足锂离子电池的应用要求;以所制备的凝胶聚合物电解质组装的锂离子电池在0.2 C的电流密度下,首次放电比容量达到245.2mAh/g。所制备的凝胶电解质与文献报道的同类电解质相比具有较宽的电化学稳定窗口和略低的离子电导率,而且具有较高的首次放电比容量,表明所设计的凝胶电解质具有在锂离子电池中应用的潜力。     

复合凝胶聚合物电解质的制备及电化学性能

以偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物为基体,通过与聚甲基丙烯酸甲酯共混,加入导电盐LiPFs、增塑剂聚乙烯吡咯烷酮,制备了高电导率的复合凝胶聚合物电解质（CGPE）。用红外光谱测试了聚合物电解质膜的结构,用交流阻抗法测试了CGPE的导电性能,用线性扫描伏安法研究了它的电化学稳定性。测试了以CGPE为电解质制备的锂离子电池的充放电性能。结果表明,当聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）质量分数为20％时,CGPE电导率大于10^-3s／cm,在4．65V电化学窗口以下稳定。以磷酸亚铁锂为正极时,在0．1C和0．2C倍率下放电时,聚合物电解质电池的首次放电容量分别为138mAh／g和98．3mAh／g。     

碳基凝胶聚合物电解质双电层电容器的研究

为了克服液体电解液电容器的漏液和安全问题,以活性炭作电极材料,丙烯腈作聚合物单体,分别以碳酸丙烯酯 碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯 碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯 碳酸乙烯酯的混合液作增塑剂,高氯酸锂为支持电解质盐,采用内聚合法制备了PAN基凝胶聚合物电解质双电层电容器(GPE-EDLCs).采用交流阻抗法测量了凝胶聚合物电解质(GPE)的离子电导率.采用交流阻抗、循环伏安、恒流充放电等测试方法研究了GPE-EDLCs的性能,并与有机电解液双电层电容器(LOE-EDLCs)进行了比较.结果表明,PAN基GPE的电导率在室温下为6.51～8.94 mS·cm-1,PAN基GPE-EDLCs的工作电压为2.5 V,电容器的比容量为43.9～47.4F/g(i=0.5 mA/cm2),能量密度为128.8～148.1 J/g,与LOE-EDLCs性质相近.     

碳酸乙烯酯(EC)增塑聚合物电解质电导率研究

采用差示扫描量热法（DSC）和交流阻抗方法对EC增塑的（PEO）16－LiClO4聚电解质进行了研究，结果表明，（PEO）16LiClO4/EC体系的玻璃化转变温度（Tg)及PEO的结晶度（Xc)降低，电导率（δ）增加，且δ与温度（T）的关系符合Arrhenius行为，另外还提出了离子导电聚电解质／不锈钢（SS）这种结构的界面双层结构和交流阻抗谱图的模拟等效电路，所提出的模型等效电路能较好地模拟实验数据，具有一定的普适性。     

纳米Al_2O_3复合聚醚凝胶电解质性能

通过添加不同质量分数Al_2O_3纳米粒子制备硅甲氧基封端的聚环氧丙烷为基体的复合凝胶聚合物电解质(纳米Al_2O_3/LiBOB/PC/BSPPO)。采用拉伸测试、差热和热重分析、交流阻抗、线性伏安扫描及极化电流-时间曲线等方法对其进行了力学性能和热性能等物理性能测试以及离子电导率、电化学窗口和离子迁移数等电化学性能测试。研究结果表明:当Al_2O_3纳米粒子质量分数为15%时,该凝胶聚合物电解质室温电导率最佳,达到1.1×10-3 S·cm-1,同时表现出较高的拉伸强度,良好的热稳定性,电化学窗口为4.8 V,离子迁移数为0.61。应用于磷酸铁锂半电池中表现出良好的循环稳定性和倍率性能,说明该复合凝胶聚合物电解质具有潜在的应用和研究价值。     

聚乙二醇二丙烯酸酯基透明凝胶电解质的制备及其性能研究

将三氟甲烷磺酸锂(LiCF3SO3)、碳酸丙烯酯(PC)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)以及2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPAP)混匀后,采用紫外光固化法制备高分子透明凝胶电解质.其中,LiCF3SO3、PC、PEGDA和DMPAP的加入量是影响凝胶电解质电导率的四个主要因素,各因素分别设置5个水平,采用L25(54)正交设计进行试验,以凝胶电解质的电导率作为考察指标.通过极差分析,得出影响电导率的因素顺序为LiCF3SO3PCPEGDADMPAP,制备试验中LiCF3SO3、PC和PEGDA的最佳质量比为0.3∶3∶1.采用紫外-可见光谱仪、XRD、四探针电导率测定仪分别对凝胶电解质的光透过率、结晶程度和电导率进行了表征.结果表明,所制备的凝胶电解质具有较高的可见光透过率和电导率.通过在水中浸泡及外界自然环境下放置试验,测试表明所制得的凝胶电解质的稳定性较好.     

聚乙二醇/SiO2固体电解质膜的制备与表征

溶胶-凝胶法制备了有机／无机杂化固体电解质膜。用扫描电镜、热重等测试手段对其进行表征。结果表明，正硅酸乙酯水解速率的快慢会影响膜的微观结构。无机SiO2粒子提高了固体电解质膜的耐热性能。离子电导率随着温度的升高而增加，温度升至403．15K时达到最大值；继续升高温度，离子电导率下降。     

PEI-PEO基全固态电解质的性能

聚氧乙烯(PEO)基全固态复合电解质可作为高能全固态锂电池的电解质膜材料.采用溶液浇铸法,以PEO为基质,LiC1O4为锂盐,聚乙烯亚胺(PEI)和柠檬酸(CA)及无机纳米粉体(NCA)做性能改进剂,制备PEI-PEO-LiC1O4-CA-NCA全固态复合聚合物电解质(SCPE)膜,对其进行X射线衍射(XRD)表征和交...     

聚乙烯醇-聚丙烯酰胺互穿网络水凝胶的制备及吸附性能

采用聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PAM)为原料,戊二醛(glutaraldehyde)为交联剂,制备了一种互穿网络(IPN)水凝胶。用傅立叶红外光谱仪对其结构进行表征,研究了PVA和PAM按不同配比及交联剂的不同用量制备的IPN水凝胶的吸水性和Cu²⁺的吸附性,主要探讨了吸附时间、pH、吸附温度等对吸附Cu²⁺的影响,分析了吸附行为及其动力学特性,并对其吸附机理做出了初步探讨。结果表明：在本实验研究范围内,30wt.% PAM含量的PVA-PAM IPN水凝胶在pH=5时对Cu²⁺的吸附效果最佳;在一定温度范围内,PVA-PAM IPN水凝胶对Cu²⁺的平衡吸附量随温度升高而增大;吸附行为符合准一级和准二级动力学方程,扩散机制为颗粒内扩散和膜扩散双重作用。     

具有光催化性能的温敏复合凝胶聚(N-异丙基丙烯酰胺)/纳米TiO_2的制备及表征

采用掺杂法制备具有光催化性能的聚(N-异丙基丙烯酰胺)/纳米TiO2温敏复合凝胶,利用凝胶的温敏性改善纳米TiO2的可回收性。研究TiO2负载率对复合凝胶的微观形貌、化学结构、吸水溶胀性及光催化性能的影响。结果表明:该复合凝胶具有均匀的微观多孔结构,纳米TiO2负载于复合凝胶孔结构内壁,未参与N-异丙基丙烯酰胺的聚合反应,对复合凝胶的化学结构和温敏性没有影响,各负载率复合凝胶的体积突变温度均为33℃,但复合凝胶的吸水溶胀性和光催化性能会随TiO2负载率的变化而变化。光催化实验证明:该复合凝胶的光催化性能随TiO2负载率的提高而增强;负载率50%的复合凝胶,在15W紫外灯作用下,4 h内对100 mg/L活性蓝X-BR的降解率达90%以上。最后对紫外光照射后的复合凝胶样品进行红外分析和热重分析,证明经反复紫外光照射后的复合凝胶不会发生明显降解,凝胶高分子化学结构没有显著变化。     

原位复合纳米羟基磷灰石／聚乙烯醇水凝胶的制备及性能研究

原位合成方法制备了n—HA／PVA复合水凝胶．通过调节聚乙烯醇、纳米羟基磷灰石和水的含量，制备了不同配比的复合水凝胶．用燃烧实验、TEM、IR和XRD等对材料的组成和结构进行了表征，并测定了水凝胶的力学性质．结果表明，PVA高分子空间三维结构对羟基磷灰石晶体的原位水热生长有一定影响，复合水凝胶中n-HA与PVA有一定键合，两相分布均匀，羟基磷灰石的含量对复合水凝胶的力学强度有很大影响．     

PVA/壳聚糖/淀粉水凝胶的制备和性能

采用反复冷冻-解冻法制备了一系列的PVA/壳聚糖/淀粉水凝胶.测试了共混膜的力学性能、脱水率和溶胀度.结果表明:壳聚糖含量为2.7%的水凝胶具有最大的断裂延伸率,拉伸强度也较高.淀粉和壳聚糖的加入,改变了复合水凝胶的脱水率和溶胀度.     

聚乙烯醇-壳聚糖水凝胶制备与溶胀行为的研究

研究了聚乙烯醇与壳聚糖质量比、溶剂醋酸溶液体积、交联剂戊二醛浓度等对聚乙烯醇-壳聚糖水凝胶溶胀性能的影响,正交实验的结果表明当聚乙烯醇与壳聚糖质量比为2、溶剂醋酸体积为100 mL、交联剂戊二醛的浓度为0.213 mol/L时凝胶溶胀度最大.凝胶溶胀度随着聚乙烯醇与壳聚糖质量比、交联剂戊二醛浓度的增大而减小,随着溶剂醋酸溶液体积增加而增大.     

聚乙二醇凝胶的制备及其溶胀性能研究

以丙烯酰氯和聚乙二醇（PEG）为原料,合成了聚乙二醇大分子单体,用过硫酸铵为引发剂,N,N亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用溶液聚合法制备聚乙二醇交联凝胶。探讨了单体分子量、温度、交联剂等因素对PEG凝胶溶胀性能的影响,结果表明：当温度为45℃,单体分子量为20000,交联剂浓度为0.2wt%时,凝胶的溶胀程度最大。此外,差式扫描量热仪（DSC）的结果显示,聚乙二醇在交联网络中不能结晶。     

PVDF-HFP基复合微孔聚合物电解质膜的制备与改性

为了提高聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)基电解质的离子电导率和机械强度,采用倒相法,制备出复合聚偏氟乙烯-六氟丙烯基电解质PVDF-HFP-Si O2.复合电解质的形貌、结构和电化学性能分别用SEM、XRD和交流阻抗法进行了表征.结果表明:纳米Si O2的加入增强了聚合物的拉伸强度,同时有效降低了聚合物的结晶度.PVDF-HFP-Si O2分解电压为5.1V,离子迁移数为0.81,聚合物电解质的电导率(25℃)为4.84×10-3S·cm-1.