《电解质型聚合》课件.pptVIP

电解质型聚合：概述与应用离子传导型高分子材料能量存储和转化的关键材料

课程目标1理解基本概念掌握电解质型聚合物的本质特性2掌握主要类型固体、凝胶、液体电解质各有特点3了解应用前景电池、燃料电池、传感器等领域应用

电解质型聚合物简介定义能够传导离子的高分子材料特点兼具高分子和电解质的独特性质

电解质型聚合物的发展历史1初期发现1970年代初发现PEO能溶解锂盐2理论突破1980年代离子传导机理研究3应用拓展1990年代在电池中的应用4现代发展2000年后多功能电解质研发

电解质型聚合物的分类按化学结构聚醚类、聚酯类、含氟聚合物1按物理状态固体、凝胶、液体电解质2按离子类型阳离子、阴离子传导型3按应用领域电池用、传感器用、燃料电池用4

固体聚合物电解质定义无液体组分的全固态离子导体优势安全性高、无泄漏风险主要类型PEO基、PVDF基、聚离子液体挑战室温离子电导率较低

凝胶聚合物电解质结构特点聚合物基质中包含液体电解质传导机理离子主要在液相中迁移性能优势兼具高电导率和机械强度

液体聚合物电解质流动特性具有明显流动性的电解质系统应用优势良好界面接触、高离子传导率安全挑战易泄漏、可燃性问题需要解决

聚合物电解质的基本结构1离子传导通道决定离子迁移能力2侧链结构提供离子配位位点3主链结构维持机械稳定性

离子传导机理跳跃机制离子在配位点间的跳跃迁移自由体积理论离子通过高分子链段运动产生的空隙迁移溶剂化迁移离子与溶剂分子共同迁移

影响离子传导的因素聚合物分子量影响链段运动能力结晶度结晶区阻碍离子迁移玻璃化转变温度低Tg有利于链段运动和离子传导

聚乙烯氧化物（PEO）基电解质醚氧原子对锂离子有强配位能力结晶度高限制离子传导率

PEO基电解质的改性方法共聚改性引入其他单体降低结晶度1交联改性提高机械强度和电化学稳定性2添加剂改性添加陶瓷颗粒提高离子传导率3接枝改性侧链改性提供更多离子传导通道4

聚丙烯腈（PAN）基电解质结构特点含氰基极性基团可溶解锂盐传导性能凝胶态下有良好离子传导率应用优势电化学窗口宽、稳定性好

聚偏氟乙烯（PVDF）基电解质1化学稳定性氟化结构提供优异化学稳定性2机械强度结晶度高导致较好机械性能3介电常数高介电常数有利于盐解离

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基电解质1酯基配位侧链酯基对锂离子有配位作用2无定形特性高度无定形结构有利离子传导3透明性优良透明性利于光电器件应用4成膜性良好成膜性便于制备均匀电解质膜

离子液体聚合物电解质定义含有离子液体单元的聚合物特点宽电化学窗口、不易燃主要类型聚(离子液体)和离子凝胶应用领域锂电池、超级电容器

复合聚合物电解质聚合物基质提供机械支撑和基本离子传导能力无机填料提高机械强度、抑制聚合物结晶界面相互作用形成高速离子传输通道

常见无机填料二氧化硅大比表面积、丰富羟基氧化铝高硬度、优良力学性能氧化钛优良催化活性、光电特性层状硅酸盐高长径比、阻隔性能好

电解质型聚合物的合成方法本体聚合无溶剂直接聚合反应1溶液聚合在溶液中进行聚合反应2乳液聚合水相中的微球聚合3界面聚合两相界面处的聚合反应4

电解质型聚合物的表征方法热分析DSC、TGA测定热转变温度光谱分析FTIR、Raman确定化学结构电化学分析EIS、CV测量电化学性能

离子传导率测量交流阻抗法最常用测量方法，获得体电阻直流极化法测量稳态电流计算传导率测试池设计三明治结构，控制面积和厚度

机械性能表征拉伸测试测量杨氏模量、断裂强度动态机械分析测量储能模量、损耗模量硬度测试评估材料的表面硬度

电化学稳定性表征1循环伏安法测定电化学窗口宽度2恒电位极化评估长时间稳定性3充放电测试实际电池条件下的稳定性4老化测试加速条件下的衰减行为

电解质型聚合物在锂离子电池中的应用电解质功能提供锂离子传输通道1隔膜功能防止正负极短路2界面改性稳定电极/电解质界面3安全性提升抑制锂枝晶生长4

全固态锂电池4-5V电化学窗口宽电压范围稳定3X能量密度比传统锂电池高0%可燃性不含可燃有机液体10年+使用寿命更长循环寿命

电解质型聚合物在燃料电池中的应用质子交换膜燃料电池磺化聚合物传导H+阴离子交换膜燃料电池季铵化聚合物传导OH-

电解质型聚合物在超级电容器中的应用固态超级电容器安全性好、可弯曲设计柔性超级电容器可穿戴电子设备电源界面优化良好电极/电解质接触

电解质型聚合物在电致变色器件中的应用离子储存储存电化学反应所需离子离子传输在电极间快速传输离子界面形成与电致变色材料形成稳定界面

电解质型聚合物在传感器中的应用湿度传感：水分子改变离子传导率气体传感：特定气体与聚合物相互作用

电解质型聚合物在生物医学领域的应用药物传递系统离子型药物的可控释放生物传感器检测生物分子和离子组织工程支架电刺激促进细胞生长植入式电子设备生物相容电解质界面

电解质型聚合物在海水淡化中的应用反