高分子材料在锂离子电池中的应用[精选].ppt

* 高分子材料的定义： 高分子材料：macromolecular material,以高分子化合物为基础的材料。 高分子材料是由相对质量较高较高的化合物构成的材料，通常分子量大于10000，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和功能高分子材料等。 高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合体。 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类文明的重要里程碑。高分子材料在当今世界乃至未来的世纪都充当着举足重轻的角色，新时代的高分子材料更是与各行各业紧密不可分。 近年来, 高分子材料的新型发展方向已经逐渐拓展到 医用、通讯、光电等方面。性能越来越好的高分子材料在生活中，生产上应用的越来越广泛。 高分子材料发展与应用 高分 子材料 导电电极 固体或胶体电解质 电子或空穴传输层 光敏染料 质子交换膜 隔膜 基板和封装材料 太阳能电池 锂离子电池 燃料电池 广泛应用 锂离子电池工作原理 正极反应： 负极反应： 电池总反应： 聚合物锂离子电池的工作原理 与液态锂离子电池基本相同唯一 的区别在于锂离子在固体电解质 中的传导机理。在聚合物锂离子 电池内，主要是借助聚合物链段 的运动来实现 离子的传导。 聚合物锂离子电池，形状上可以做到薄 形化、任意面积化和任意形状化，大大 提高了，电池造型灵活性，且电化学性能 等方面也有大幅度提高。 聚合物正极材料 常用正 极材料 Li XCoO 2 Li XNiO2 LiXMn2 O4 聚合物 正极材料 聚苯胺(PAn) 聚吡咯(PPY) 聚噻吩(PTh) 聚对苯(PPP) 聚硫化物 聚苯胺 单体： 在电池中的重要型式： 聚苯胺正极材料在锂离子电池中作用机理： P型掺杂(或脱杂) PAn 电极充放电时通过阴离子掺杂脱杂实现 N型掺杂(或脱杂) PAn 电极充放电时通过阳离子掺杂脱杂实现 聚苯胺电导率与PH关系： PH＞4 电导率与PH值无关 绝缘性 2＜PH＜4 电导率随PH值降低而迅速增加 呈半导体特性 2＞PH 电导率与PH值无关 金属性 聚苯胺制备方法： 电化学方法、化学法、乳液聚合法 微乳液聚合法、模板聚合法等。 聚吡咯 单体： 氧化还原反应： 共轭链 聚吡咯正极材料在锂离子电池中作用机理： 聚吡咯是中性共轭链聚合物，也需掺杂引入载流子 其主链上正电荷就是载流子。 载流子沿共轭链运动及电荷跃迁产生导电现象。 PPy的稳定状态是氧化(P型)掺杂。 P型掺杂的一般反应式是： PPy+ 氧化态 PPy0 中性态 当阴离子及支持电解质均为硝酸根、高氯酸根等 较小的球形阴离子，其反应是可逆的。 弱酸性溶液： 碱性溶液： PPy膜对阴离子会发生与亲核性很强的OH-离子交换, 其后的电化学还原和再氧化伴随OH-的脱掺杂和再掺杂。但碱性过强会导致PPy结构破坏。 水溶液： PPy所处的电位超过0.5V时就会发生不可逆的氧化降 解反应，使其共轭链结构破坏，失去导电性和电化学 活性 聚噻吩 聚噻吩的制备条件较为苛刻，若控制好氧化剂的氧化电势，则噻吩及其衍生物的PTh粉状物具有较高电导率。 聚噻吩的一般合成方法： 聚硫化物 聚合物负极材料 这类材料的分子结构中含有双硫键(-S-S)，基于其 可逆的电解聚-电聚合过程(2S- 而发生能量交换。 理论能量交换密度1500-3500W.h.kg-1，实际能量密度 可达830W.h.kg-1。 这种材料很大优点就是可按预定方式控制其有机基团和 分子结构及通过共聚，共混来改变物理、化学和电化学 性能 S-S+2e-） 聚硫化物材料充放电机理： 本身不导电，在充放电循环中反复发生 电聚合和电解聚反应 放电-电解聚反应 充电-电聚合反应 速率控制步骤 速率控制步骤 自由基反应 自由基反应 常见的聚合物 锂离子电池的负极材料 聚硫化物 聚2、5-二巯基-1,3,4-噻二唑 硫链交联网状聚合物 聚硫化碳类聚合物 聚合物电解质 聚合物电解质是指由大分子量的聚合物本体(包括共轭) 与盐并添加无机材料所构成的体系，具有离子传导性。 聚合物电解质电解质又称为复合聚合物电解质，或杂化 聚合物电解质，通常状态下为固态。 聚合物电解质薄膜一般通过溶剂蒸馏的方法获得。 聚合物电解质提高电导率主要途径是通过共混、形成聚 合物(例接枝共聚物、嵌段共聚物)、交联、加入掺杂盐 、加入增塑剂、加入无机填料和提高主链的柔性等降低 聚合物结晶度。 聚合物电解质种类： 共混聚合物：使分子链间相互作用，抑制结晶生成。 共聚物：