锂离子固体电解质的研究进展与产业化现状.pdf

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1、Ill口llNs嵋HT锂离子固体电解质的研究进展与产业化现状■文／周矗李合琴乔恺张静唐琼。1．合肥工业大学材料科学与工程学院2．合肥工业大学电子科学与应用物理学院二次锂电池具有寿命长、比容大、体电解质，但其较低的室温离子电导2．聚合物电解质的制备方法环境污染小、无记忆效应等优点，但在率始终制约着聚合物固体电解质的(1)溶液浇注法二次电池实用化之前，还有一些问题没商业化应用。溶液浇注法即将聚合物基体、盐有解决，如含有可燃性有机物电解液、1．聚合物固体电解质常温电导率等按比例溶解于溶剂中，搅拌完全溶电池易发

2、生漏液、电极腐蚀甚至氧化燃的改良方法解后，在聚四氟乙烯模具上浇注，溶剂烧等安全隐患。为了解决这一问题，大影响聚合物固体电解质发展最大挥发后即得到电解质薄膜。这种方法量的科研工作者投身于固体电解质的的问题就是其室温离子电导率偏低，有利于方便控制膜厚，也能大面积成研究当中，制备固体电池。固体电解质主要的原因是：①由于离子缔合及其膜，但会消耗大量溶剂，工艺流程如图不仅从根本上解决了以上问题，同时还电荷分离程度较低，导致载流子数目1所示。在几何形状、容量、充放电、循环寿命和的减少；②在结晶聚合物熔点以下，(2)

3、热压与热辊法环保性能等方面更具优势。聚合物一盐体系电解质中无定形相比热压与热辊法是针对溶液浇注例较低；③电解质中离子运动对聚合方法出现的问题提出的一种无溶剂一聚合物固体电解质物骨架运动的依赖性。为解决聚合物制备工艺，即在高温下电解质软化，聚合物固体电解质具有较好的电解质室温电导率较低这一问题，人再压制成膜。该方法不容易控制膜导电性，其质量轻、弹性好、易成膜，们做了大量研究工作，主要方法有：厚，但相对于溶液浇注法，避免了残在一定程度上符合化学电源质轻、安①聚合物改性；②加入无机惰性物余溶剂对电解质性质的不

4、良影响，所全、高效、环保的发展趋势，尽管科研质；②采用易离解盐；④电解质与聚制备的聚合物电解质膜电导率大小院所和高校已开发了许多聚合物固合物的组合。相差不大。阿AdvancedMaterialsIndustry瑚s．BHTJ一3．聚合物电解质的种类(1)聚氧化乙烯(PE0)基聚合物电解质PEO基电解质在温度为40～100~C的电导率为10～10一％／cm，难以在室温下应用，其离子迁移主要在无定形相中发生，无定形相中的电导率比晶体相中高2～3个数量级。PEO／盐复合电解质室温离子电导率较低的原因主要是：①

5、较高的结晶度，对电解质的离子导电性能有一定的抑制作用；②盐在电解质无定形相中的溶解度较真空干燥24h(65~C)低；③电解质中的载流子数目及运动较低。、r(2)聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物聚合物固体电解质电解质PVDF与电解质能够良好的混溶图1溶液浇注法合成聚氯化乙烯一二簟酸硼酸锂(PEO-LiBOB)电解质膜的工艺流程并能被电解液溶胀，且具有较强的极性。PVDF基电解质有较高的离子电导率，能与电极很好的黏合，存在许多共混的方法进行改善，但机械性能仍⑦不易潮解，环境友好，易制备且价微孔结构，但柔顺性不

6、好。聚偏氟乙然不够理想。格便宜。烯一六氟丙烯(PVDF—HFP)是目前(5)聚乙烯(PE)基聚合物电解质2．无机固体电解质的种类PVDF基聚合物电解质的研究重点，PE基聚合物电解质的机械洼能较(1)锗酸辞钽(UsI。0N)型固体电解质在一定范围内，随着六氟丙烯(HFP)好，能够有效防止电池快速过度充电或LISICON型固体电解质的含量的增加，溶剂中的膨胀性增加，电电池短路，但与液体电解质相容性较锂离子电导率较高，代表性的解质结晶性能下降。差。PE支撑聚合物电解质在生产过程Li14Zn(GeO4)4结构中

7、3个Li作为迁(3)聚丙烯腑(PAN)基聚合物电解质中会有许多实际困难：①涂覆时需要移离子，Li1Zn(GeO)部分形成稳定PAN基聚合物电解质具有良无水环境；②涂覆层不均匀，与基体连的三维结构。其改性方法主要是用硫好的低温工作性和较高的离子电导接弱；③溶剂中聚合物黏合剂具有溶(S)取代结构中的氧(O)，增大晶胞和率，但PAN基体的电池隔膜与碳阳解陛，涂覆过程可能会破坏电极结构。离子传输通道尺寸，从而提高固体电极、锂电极的兼容性差，与电极的黏解质的离子电导率。结性也不是很好，存在长期储存过二无机固体电解

8、质(2)钙钛矿型固体电解质程中溶剂渗出导致电导率下降等问1．无机固体电解质的使用要求典型的钙钛矿结构固体电解题。理想的锂离子固体电解质应具质是由BeloL1S等口制备的钛酸镧锂(4)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基有以下优点：①电解质的电子电导率(LLTO)，其结构随着锂离子含量的聚合物电解质极低；②工作温度下，锂离子电导率良变化而变化。该类型电解质的改性研PMMA基聚合物电解质的常温好；③晶界电阻极小或几乎没有；④与究主要集中在结构元素掺杂