鋰離子電池用聚合物電解質(zhì)的研究進展

文摘:綜述了固體聚合物電解質(zhì)和凝膠聚合物電解質(zhì)的組成。展望了聚合物電解質(zhì)的性質(zhì)、類型、聚合方法及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞:聚合物電解質(zhì);聚合物類型;離子電導(dǎo)率

 

聚合物鋰離子電池是傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種新型的鋰離子電池,目前的研究是聚合物電解質(zhì)取代傳統(tǒng)的使用液體電解質(zhì)的鋰離子電池,聚合物電池隔膜,聚合物電解質(zhì)的電池,鋰離子電池隔膜和電解液的功能,既能從陽極隔膜隔離材料,使電池自放電而不發(fā)生內(nèi)部短路，并且由于電解質(zhì)之間是正極導(dǎo)電的鋰離子”，因此，鋰聚合物電池具有液體高壓電池!壽命長、清潔無污染的特點，而且由于它采用全固態(tài)或半固態(tài)結(jié)構(gòu)，克服了液態(tài)電解質(zhì)電池容易泄漏、短路的缺點!不夠安全等問題，同時彌補了無機固體電解質(zhì)的低電導(dǎo)率!脆性大!可憐的膜的形成!機械變形差的缺陷。1996年，Bellcore公司推出了一套相對完整的聚合物鋰電池規(guī)模化技術(shù)，引起了廣泛關(guān)注。性能!對聚合方法和聚合物類型進行了研究和比較，并對聚合物電解質(zhì)的發(fā)展前景進行了預(yù)測。

1全固態(tài)聚合物電解質(zhì)

 

 

全固態(tài)聚合物電解質(zhì)(SPE)是聚合物和鋰的結(jié)合體，可以溶解鋰鹽并促進其解離和離子的快速遷移。1973年，賴特首次發(fā)現(xiàn)聚氧乙烯(PEO)與堿金屬鹽的配位具有離子電導(dǎo)率。Li +沿著聚合物的無定形部分的鏈段移動，完成了鋰離子與聚合物的絡(luò)合!脫配位和復(fù)配位的循環(huán)過程如圖3所示。“但這個純固體聚合物電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率通常只有大約10 - 6 ~ 10-7scm-1,這不能滿足鋰離子電池的實際應(yīng)用,因此如何提高離子電導(dǎo)率SPE是首要考慮的問題。”采用的主要方法是通過共聚!混合!接!交聯(lián)和使用增塑劑鋰鹽抑制聚合物結(jié)晶!降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，提高鏈段的移動能力的目的是提高載體的遷移率。

通過共聚可以抑制聚合物的結(jié)晶或改善聚合物鏈的移動。Booth等人在1990年首次報道了環(huán)氧乙烷;氧亞甲基無規(guī)共聚物,氧亞甲基隨機嵌入摧毀了PEO規(guī)律性的螺旋結(jié)構(gòu),抑制聚合物的結(jié)晶系統(tǒng),因此加速鋰離子遷移,如金磷酸作為偶聯(lián)劑與聚乙二醇(PEG)和聚(自我二醇(PTMC)共聚物得到線性聚磷無規(guī)共聚物,L (PC)(如圖2),通過增加聚合物鏈段的局部運動能力來提高電導(dǎo)率。

 

1.2共混聚合物電解質(zhì)

 

兩種或兩種以上聚合物的混合應(yīng)具有良好的耐受性，各組分間應(yīng)具有較好的力學(xué)性能和較強的溶解性鋰!復(fù)合Li+的能力。常見的有聚乙烯醇(PVA)、聚苯乙烯(PS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。伊奇諾將丁苯橡膠與丁腈橡膠混合，制成“雙相電解質(zhì)”。非極性丁苯橡膠是保證電解液力學(xué)性能良好的支撐相

 

1.3接枝聚合物電解質(zhì)

 

由“嫁接”意味著低分子量有機物,如PEO移植到大分子主鏈形式“梳子”結(jié)構(gòu)的接枝聚合物,接枝改性聚合物結(jié)晶度的降低”由于離子傳導(dǎo)主要取決于短程鏈段運動的無定形聚合物,從而降低聚合物的結(jié)晶性盡可能降低聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,從而提高了非晶區(qū)的含量，滿足了常溫鋰離子遷移的需要。