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什么是硅基固态聚合物电解质?

时间:2019-05-12 22:31来源:海猎人
硅基固态聚合物电解质
有机硅聚合物材料具有优良的热稳定性、较高的离子电导率、低可燃性以及无毒性等优点,并且大多数有机硅材料具有较低的玻璃化转变温度,使其作 为聚合物电解质有希望在低温条件下快速传导锂离子,从而快速充放电。目前, 常被用作电解质的有机硅类聚合物可以分为聚硅氧烷、聚倍半硅氧烷和硅烷类三个体系。
  1. 聚娃氧烷基固态聚合物电解质
聚硅氧烷的主链结构单元为Si—O链节,受Si—0键长(约为16.40nm)和 Si—O—Si键角(约为143°)的影响,链段易于旋转,分子链柔顺性好,该聚合 物的玻璃化转变温度普遍偏低。与其他类型的高分子相比,聚硅氧烷类材料具有优良的耐温性和耐候性、较高的介电常数以及较低的表面张力,可以满足其作为 聚合物电解质材料的使用需求。
  1. 含有硅氧烷与氧化乙烯的聚硅氧烷固态聚合物电解质
早期关于聚硅氧烷作为电解质材料的研究中,大多将硅氧烷链段与具有较高离子传导特性的低聚氧化乙烯链段结合进行分子设计,使聚合物兼具无机聚 合物和有机聚合物的特性,以提高聚合物电解质的综合性能。Nagaoka等;和 MaCfarlane等;从降低聚合物电解质玻璃化转变温度的角度出发,设计合成了一系列主链为 的硅氧烷类聚合物DMS-nEO,结构如表3.4 所示。研究发现,该聚合物的玻璃化转变温度介于聚娃氧院和聚氧化乙烯之间,且该聚合物电解质体系的离子电导率高于聚氧化乙烯类电解质体系。研究者还详细地 研究了聚合物电解质中氧化乙烯链段的数量对离子电导率的影响,发现当K)链段中 «等于4时所得到的聚合物电解质的电导率最高[65],该聚硅氧烷电解质体系的室温离 子电导率约 ,详细数据列于表3.4中。
 
 
表3.4线型聚硅氧烷电解质的化学结构及其电化学性能
 
Fish等将聚硅氧烷作为主链,聚氧化乙烯链段作为侧链,设计合成了结构如表3.4所示的PMMS聚合物体系,其室温离子电导率最高为7X10-5S/cm。近年来, 研究人员将硅氧烷链段和聚氧化乙烯链段分别作为侧链,制备了结构如表3.4所示的 POEM-g-PDMS聚合物体系[69]。该聚合物室温下为固态,玻璃化转变温度为-123°C, 在17〜87°C范围内的电导率接近液态聚氧化乙烯电解质体系的电导率。Li/POEM- g-PDMS/VOx,电池体系表现出了优异的循环性能和耐温特性,电池在室温以2/3C循 环200圈后容量未衰减,且该电池体系能够在0°C条件下进行充放电循环。


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