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什么是氰基高分子基凝胶聚合物、聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质?

时间:2019-05-17 21:09来源:海猎人
氰基高分子基凝胶聚合物电解质
氰基是偶极矩较高的极性基团,介电常数约为30,属于强吸电子基团,它具 有低的LOMO能级和较高的抗氧化性,常被科研人员引入到聚合物基体或锂盐中 用于提高电解质的分解电压。目前使用最为广泛的商业化氰基类聚合物为强力胶中的氰基丙烯酸酯和腈纶纤维中的丙烯腈[162]

  1. 聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质
聚丙烯腈(PAN)是一种耐热、化学性能稳定、机械性能优异的聚合物材料,其作为聚合物基体,具有高离子电导率、优异的热稳定性、宽电化学稳定窗口以 及高吸液率等优点[163]
1975年,Feuillade等[128]率先以PAN作为聚合物基体制备出电导率接近 10-3S/cm数量级的凝胶电解质。Watanabe等[164]研究了不同组分含量对PAN/EC- PC/LiC104电解质离子电导率的影响。他们发现,电解质的离子电导率会随着增塑剂与LiC1O4物质的量比的增加而增加,该电解质在室温下的电导率约为10-4〜 10-5S/cm。意大利的Scrosati和Croce等[165-167]也对PAN基凝胶型电解质进行了系 统的研究,研究人员选取不同类型增塑剂和锂盐并按不同的配比制备凝胶型电解 质以优化凝胶电解质的综合性能。最终,研究人员优化出了室温离子电导率可高达 5.9X10-3S/cm 的 PAN/EC/DMC/LiPF6凝胶电解质体系。

在PAN基凝胶聚合物电解质中,由于强极性基团一CN的存在,PAN对锂负极 具有较为严重的钝化作用,这会导致锂电池在循环过程中内阻不断上升,当电池温 度升高时还会导致电解液在基体中析出,增加锂电池的安全隐患。通常情况下,研究人员通过共混、共聚和添加无

机填料等方式改善PAN基凝胶聚合物电解质的以上 缺陷。PEO[168]、PMMA[169]、PVDF[170]等聚合物均常用于与PAN共混来提高PAN基 凝胶聚合物电解质的机械性能和电化学性能。Lee等[171]将PMMA与PAN共混制备 了 PMMA/PAN基凝胶聚合物电解质,他们发现,加入PMMA后电解质的离子电导 率得到了大幅度提升,常温下的离子电导率可达1.3mS/cm,在-25℃下的离子电导率 可达0.17mS/cm。Panero等[172]将Al2O3粉末加入到PAN/PC/LiPF6电解质体系中,他们发现,该电解质体系在室温下的离子电导率高达8mS/cm,电解质的分解电位约为 5.5V。周明杰等_采用介孔分子筛改性PAN-MMA凝胶聚合物电解质,他们发现, MCM-48介孔分子筛改性的电解质具有较高的电导率和安全性。从38扮等[174]将A1203 作为无机填料用于改善PAN/PC/LiPF6凝胶电解质,他们发现,添加A1203无机填料后电解质的电化学稳定窗口可达5.5V,将该电解质应用在LiNvCo1-YO2/Li电池中也可在4.5V进行稳定充放电,同时电池的放电比容量可以达到140〜150mA·h/g。

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