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鋰電池聚合物電解質有哪些?

鋰電池聚合物電解質按其形態可分為凝膠聚合物電解質(GPE)和固體聚合物電解質(SPE),其主要區別在于前者含有液體增塑劑,而后者沒有。電池體系離子載流子,對電子而言必須是絕緣體。用于二次鋰電池中的聚合物電解質必須滿足化學與電化學穩定性好,室溫電導率高,高溫穩定性好,不易燃燒,價格合理等特性。聚合物電解質的基體類型主要有:同種單體的聚合物、不同單體的共聚物、不同聚合物的共混物及其它對聚合物改性的聚合物等,常見的聚合物基體有PE0、PP0、PAN、PVC、PVDC等?;w的結構、芬子量、玻璃化轉變溫度(T)、結晶度等都會影響聚合物電解質離子電導率、電化學穩定性、機械性能等,如T,較低、結晶度不高的聚合物電解質會有較高的離子電導率,而增加基體的T,或分子量、聚合物共混可提高聚合物電解質的機械性能。

聚合物在GPE中主要起骨架支撐作用。

固體SPE中的聚合物都可以用作凝膠聚合物電解質的聚合物。至今研究的用于聚合物鋰離子電池的聚合物主要有如下門幾種類型:聚醚系(主要為PE0)、聚丙烯睛(PAN)系、聚甲基丙烯酸酯(PVMA)系、聚偏氟乙烯(PVDF)系、聚麟嗪和其他類型。

為了提高凝膠聚合物的力學性能及導電能力,目前通常采用共聚、交聯、嫁接等方法生成交鏈聚合物。但是對能共聚且能提高電導率的聚合物必須滿足下列條件:①共聚物與鋰鹽的相容性好;②為防止捕獲陽離子,與鋰離子的作用不能太強;③共聚物優選含有極性區,這樣既能保證力學性能,又能影響導電性。

將電解質鹽溶解在聚合物中可得到固體聚合物電解質(SPE)。通常而言,固體聚合物電解質的導電機制是,首先遷移離子如鋰離子等與聚合物鏈上的極性基團如氧、氮等原子配位,在電場作用下,隨著聚合物高彈區中分子鏈段的熱運動,遷移離子與極性基團不斷發生配位與解配位的過程,從而實現離子的遷移。

在凝膠型聚合物電解質中,整個體系可以看成是堿金屬和有機增塑劑形成的電解液均勻分布在聚合物主體的網格中。聚合物主要表現為其力學性能,對整個電解質膜起支持作用,而離子的輸運主要發生在其中的液體電介質中。當有機溶劑作為增塑劑而添加到固體電解質中時,原來的固體聚合物電解質就變成凝膠聚合物電解質,它具有液體電解質的高離子電導率,同時又具有良好的加工性能,因此可連續生產,安全性高,不僅可充當隔膜,還能取代液體電解質,應用范圍廣。

凝膠聚合物電解質(GPE)類型按照聚合物主體分類,凝膠聚合物電解質主要分為下列三種類型:

(1)PAN基聚合物電解質(2)PMMA基聚合物電解質(3)PVDF基聚合物電解質

增塑劑是聚合物電解質中重要一環。一般是將增塑劑混溶于聚合物溶液中,成膜后將它除去,留下微孔用于吸附電解液。要求增塑劑與高聚物混溶性好,增塑效率高,物理化學性能穩定,揮發性小且無毒,不與電池材料發生反應。一般應選擇沸點高、黏度低的低分子溶劑或能與高聚物混合的低聚體。凝膠聚合物電解質的增塑劑類似液體電解質體系的溶劑。通常使用的是碳酸酯類有機溶劑見下表。

增塑劑在凝膠型聚合物中主要作用增塑劑包括丙烯碳酸酯PC、乙烯碳酸酯EC、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砍(DMS)和y-丁內酯(y-BL)及其混合物等。增塑劑在PAN基聚合物凝膠電解質的作用如下:

1)降低聚合物電解質的玻璃化的轉變溫度,解離聚合物的結晶狀態;

2)溶解電解質鹽,為聚合物電解質提供載流子;

3)提高聚合物及其自身的極性;

4)破壞鋰離子與聚合物之間的配位鍵,使更多的鋰離子在凝膠態中而不是在故鄉中運動。

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