锂离子电池凝胶聚合物电解质的研究进展

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1、锂离子电池凝胶聚合物电解质的研究进展　摘要：近年来，锂离子电池发展迅猛，电解质作为电池组成的重要部分，在?池的性能中起着关键性的作用，凝胶聚合物电解质以其较高的电导率，较好的机械加工性能成为了电解质研究的焦点，综述了PEO、PAN、PMMA和PVDF等锂离子电池凝胶聚合物电解质连年的研究进展，主要介绍了聚合物电解质上述基体的特点及基本特质，并探讨了目前凝胶聚合物电解质的存在问题以及改进方法，通过添加无机填料及通过对基体的结构改性，可有效地提高电解质性能，同时对凝胶聚合物电解质的未来发展做了展望。本文采集自网络，本站发布的论文均是优质论

2、文，供学习和研究使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除已转载的信息，如果需要分享，请保留本段说明。　关键词：锂离子电池凝胶聚合物电解质　　中图分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1674-098X（2017）02（c）-0082-03　　锂离子电池因具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、重量轻、体积小、无毒、无污染等优点，在笔记本电脑、移动电话等便携式电子产品以及电动交通工具以及航天航空、医学等领域得到了广泛的开发与应用[1-3]，目前，由于科技的迅猛发展，人们对环境保意识

3、逐渐增强，对电子设备的性能要求提高，促使人们致力于研发更高性能的绿色电池。电解质作为锂离子电池的重要组成部分，作为研究的主要对象之一进入人们的视角，作为连接正负极的桥梁，其性能的好坏在很大程度上影响整体电池的性能。因此，凝胶聚合物电解质（GPE）[4-5]是聚合物锂离子电池的重要研究对象，具有较好的机械性与导电性，被人们广泛研究。　　1凝胶聚合物电解概述　　凝胶是高分子聚合物在受低分子溶胀之后形成了的网状构造，即为溶剂溶解在聚合物基体中。溶胀以后的聚合物溶液凝胶而形成了凝胶聚合物，从而不再具备流动性。因此凝胶即不属于固态，也不属于液态

4、，它的性能同样介于固态和液态之间，因为它的特殊结构，凝胶聚合物同时具有了液体的扩散传导能力和固体的内聚性质，具备了二者的优势。凝胶型聚合物电解质能够达到较高的电导率，表1列出了几种典型的凝胶聚合物电解质的电导率[6-8]。　　2凝胶聚合物基体　　2.1PEO基凝胶聚合物电解质　　PEO是目前研究最早也是研究最多的聚合物电解质的基材，其自身具备较为规整的结构，较稳定的正负极界面性能，而PEO材料容易结晶，会使基体的锂离子迁移能力降低，从而使电导率较低，保持在10-8～10-4S/cm，当玻璃化转变温度达到60℃时，它可以达到理想的电导率

5、。PEO可以部分溶解在EC或PC中，但所制备的GPE的机械性能较差，所以要制备出较高性能的GPE需要对PEO进行改性，多项结果表明，在PEO聚合物中加入增塑剂可以显著地提高GPE的离子导电率，降低PEO的结晶度的同时促进PEO分子链的链段运动，加速锂盐的溶解与解离，提高体系内的载流子数量，随着增塑剂的添加，降低了PEO的机械强度，失去了其固有的优势，而这点也是需要后续研发改进之处[9]。　　2.2PMMA基凝胶聚合物电解质　　PMMA因其具有结构中含有羰基侧链，能够与碳酸酯类溶剂中的氧原子能发生较强的相互作用，吸附大量的电解液，因此以

6、PMMA为基材制备的GPE离子导电率较高，与液态电解质的电导率较接近，同时它在与金属锂间形成的表面钝化层阻抗小，结构稳定，提高了与电极材料的界面稳定性。此外PMMA价格低廉、制备简易，所以，PMMA基GPE吸引了大批学者投身其中。但由制备的GPE机械强度较差，一般与PEO、PVDF等聚合物材料混合使用，无法单独使用。　　2.3PAN基凝胶聚合物基体　　以PAN为基材制备的GPE具有良好的电化学稳定性、耐热性及阻燃性等优势一直是研究的热点，其电化学稳定窗口超过4.5V，离子迁移数大。PAN与EC、PC相容性好，所制备的GPE导电率高于1

7、×10-3S/cm。但由于PAN链上存在强极性基团-CN，使得PAN为基材制备的GPE与锂电极接界处发生严重的钝化现象，GPE性能随即下降。目前，PAN基聚合物电解质还未大规模应用于锂离子电池，其各项性能还有待于进一步改进[10]。　　2.4PVDF基凝胶聚合物电解质　　PVDF是较早被发现的基材，它的介电常数较高，玻璃化转变温度较低，有利于锂盐的溶解和解离，早在1981年就有将PVDF与EC、PC以及锂盐混合在一起制备出聚合物GPE的先例，后来，其突出的成膜性能、热稳定性和化学稳定性被人们逐步发现。由于PVDF侧链中含有-C-F基团

8、，具有很强的吸电能力，使得PVDF具有较强的抗电化学氧化能力[11]。在PVDF中引入HFP制得六氟丙烯与偏氟乙烯的共聚物PVDF-HFP后，可以使PVDF的结晶度降低[12]，增强聚合物对液态电解液的吸附，提高GPE的