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什么是聚环氧乙烷基凝胶聚合物电解质?

时间:2019-05-13 22:16来源:海猎人
         聚环氧乙烷基凝胶聚合物电解质
 聚环氧乙烷(PEO)是聚醚类高分子的典型代表,是最早用于固态聚合物电 解质研究的材料。但由于PEO在固态电解质中结晶度较大,电解质体系的离子 电导率较低,很难实现实际的锂电池应用。研究人员发现,将PCEC等增塑 剂加入到PEO基固态电解质体系中,可获得具有优异电化学性能的凝胶聚合物 电解质,该凝胶电解质的室温离子电导率可达到实际应用水平[132]

     早期关于PEO基凝胶聚合物电解质的报道主要集中在探讨不同类型的塑化 剂对PEO基凝胶聚合物电解质离子电导率的影响方面。常用的碳酸丙烯酯(PC)、 碳酸乙烯酯(EC)、小分子的PEO以及冠醚等化合物均被作为增塑剂进行过相关 研究。其中,涂洪成等以PC和EC的混合溶液作为增塑剂制备了 PEO/PC- EC/LiC104凝胶电解质体系,该电解质的室温离子电导率可达6.4x10-3S/Cm[133]。 Ito等[134]将小分子量的PEG作为增塑剂制备了 PEO/PEG/LiFSI凝胶电解质◊结果 发现,添加了 PEG增塑剂后,电解质体系的结晶度明显降低,分子链段更容易运 动,离子电导率得到了大幅度提升,室温下该电解质体系的离子电导率可达 3 X10-3S/cm。但是,由于增塑剂PEG链段末端一OH的存在,PEG容易与锂金属 发生反应,电化学稳定性较差,且过多PEG的加入也会降低体系的机械性能。 Nagasubramanian等[135]将12-冠醚-4作为增塑剂添加至PEO/LiPF6电解质体系中,得到了室温离子电导率约为7Xx10-4S/Cm的凝胶电解质体系,他们发现,冠醚可以改进电极与电解质间的界面性能,具有降低界面阻抗的作用。
 
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此外,由于PEO的熔点约为60℃,PEO在高温下的机械性能和尺寸稳定性较 差。因此,人们一般采用共混、交联或添加无机填料等方式来增加PEO基凝胶聚 合物电解质的机械性能和热稳定性。Song等[136]以丙烯酸酯作为交联剂,使线形PEO 链交联形成三维网络结构以增加PEO基凝胶聚合物电解质的机械性能。研究结果 表明,交联剂的加入使电解质的机械性能得到了明显的提升,但是,由于该电解质中的增塑剂易于从网络骨架中溢出,电解质体系的稳定性变差,不利于锂电池安全 性能的提升。Passerrini等[137]将具有优异机械性能的聚苯乙烯(PS)与PEO通过热 压交联的方式制备了 PEO/PS基凝胶聚合物电解质,他们发现,PS的加入导致电解 质的机械性能得到了改善;同时,当电解质中PS和PEO的质量比为40: 60时,该电解质体系的室温离子电导率为1.05X10-3S/cm。最近,研究人员利用PEO、 PVDF-HFP、PMMA三种聚合物与LiPF6/EC-DMC电解液共混制备了具有优异热稳 定性PEO/PVDF-HFP/PMMA基凝胶聚合物电解质。该电解质的室温离子电导率 为0.81mS/cm,分解电压约为5V (vs. Li/Li+),与此同时,利用该电解质制备的 LiCoO2/Li电池表现出了优异的长循环性能和倍率性能,结果如图3.35所示[138]

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