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1、高分子电解质高分子固体电解质设计的新概念论文第2期高分子通报#1#综述高分子固体电解质设计的新概念剧金兰1,*,顾庆超2(11南京化工大学材料学院,南京210009;21南京大学化学化工学院,南京22高分子电解质高分子固体电解质设计的新概念论文第2期高分子通报#1#综述高分子固体电解质设计的新概念剧金兰1,*,顾庆超2(11南京化工大学材料学院,南京210009;21南京大学化学化工学院,南京22高分子电解质高分子固体电解质设计的新概念论文第2期高分子通报#1#综述高分子固体电解质设计的新概念剧金兰1,*,顾庆超2(11南京化
2、工大学材料学院,南京210009;21南京大学化学化工学院,南京22210093)摘要:高分子固体电解质是开发零释放能源)))高性能电池的关键材料。本文详细介绍了20世纪90年代以来高分子固体电解质结构设计的新概念,包括高分子凝胶电解质、两相高分子电解质,盐掺聚合物(Polymer-in-salt),有机P无机纳米复合型电解质,悬挂柔性短聚醚侧链的网格聚合物电解质。关键词:高分子固体电解质;离子电导率Wright于70年代发现聚环氧乙烷(PEO)与无机盐能形成具有较高的离子导电性的络合物[1]。这类处于固体状态也能象液体一样溶
3、解支持电解质,并能发生离子迁移现象的高分子材料,被称为高分子固体电解质(solidpolymerelectrolyte,简称SPE),高分子固态离子导体(polymericsolidionicconductor),高分子快离子导体(polymericfastionicconducto22r)和导离子高分子(ion-conductingpoly-mer)。不久以后,Armand提出这种络合物可用于电池中。日益严峻的全球化环保问题急需开发高性能电池作为零释放能源,因此高分子固体电解质这一新材料引起学者们的极大兴趣,各国相继从事这方
4、面的研究工作,特别是有些国家将这方面的研究工作列入国家级项目,如美国的USABC,日本的NEDO及欧洲的JOULE。日本的YUASA公司已将凝胶型高分子固体电解质用于聚合物锂离子一次电池,并有望用于充电电池子电池仅占锂离子电池产量的2%具有高的电导率、良好的机械性能和稳定的电化学性能是对新型高分子固体电解质的基本要求。玻璃化转变温度低的改性PEO等与锂盐组成的复合物,离子溶解在高分子相中,其迁移与高-5-1分子链段运动有关。基于此传输机理,传统高分子固体电解质的室温电导率最高为10S#cm,低于实际应用的要求。实验证明,无机盐
5、的低聚氧化乙烯溶液的电导率约为10S#cm(25e),因此人们推测这类高分子快离子导体的室温电导率不可能超越这一数值。要得到电导率更高的高分子固态离子导体,仅在这类研究体系上开发是不可能的,必须立足于新的离子传导机理来设计高分子离子导体。第六届高分子电解质国际会议(TheSixthInternationalSymposiumonPolymerElectrolytes,ISPE-6)于1998年11月在日本神奈川举行,会议吸引了世界各地这一领域的科学家和企业界精英前来参加。这次会议发表的论文显示了这一领域的研究进入了一个崭新时期
6、,材料设计出现了一些新动作者简介:剧金兰,女,南京化工大学讲师,1999年获南京大学高分子科学与工程专业博士学位,现从事高分子固体电解质及透明纳米功能涂料的研究工作;*[2][3]。但由于聚合物锂离子电池技术不够成熟,目前聚合物锂离-4-1#2#高分子通报2002年4月向。本文旨在综述近几年高分子固体电解质结构设计中具有代表意义的新概念。传统高分子固体电解质的研究,国内外已有多人进行了综述[4~11],在此不再赘述。122高分子凝胶电解质传统的无溶剂高分子固体电解质在室温下的离子电导率无法达到实际应用要求的10S#cm的数量级
7、,因此,考虑到高分子固体电解质的结构与构型,可在高分子主体物中引入液体溶剂,发展增塑型高分子离子导体。这种溶剂必须具备下列特征[12]-1-3:(a)具有高的介电常数,以提高溶解离子的能力;(b)可降低高聚物的结晶度,以促进室温下的离子运动;(c)与高分子有较好的相容性;(d)低挥发性;(e)对金属锂(常用电极材料)稳定。较常用的溶剂有碳酸-1,2-亚丙酯(PC,E=64.4),碳酸亚乙酯(EC,E=89.6),C-丁内酯和低分子量聚乙二醇等。这种由高分子化合物-金属盐-极性有机化合物三元组分组成的电解质也是固体,但在结构和某
8、些性能上与无溶剂高分子固体电解质有明显差别,常被称为高分子凝胶电解质。Scrosati称其为第三代高分子固体电解质。通用高分子如PVDF、PVC、PAN、PVP、PMMA等价格便宜、材料易得,在高分子凝胶电解质中应用,适于批量生产,是一个诱人优点。因此,现在有很多人从事此项研
