浅谈聚合物电解液.docxVIP

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前言

???传统的锂离子电池通常含有易燃的有机成分，容易发生液体电解质的泄漏和燃烧。并且锂阳极上的锂枝晶生长可能会穿透隔膜，从而导致短路，这会使电池迅速升温并引起热失控。近年来，锂离子电池正从存在严重安全隐患的液态电池向安全性能更强、加工性能更好的固态锂电池方向发展，用不易燃的全固态电解质代替液态电解质实现全固态电池是一种理想的替代方法，其中聚合物固态电解质以优异的加工性以及灵活的可调控性，在高能量长寿命固态锂电池的设计和开发中具有突出的应用前景。

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固态聚合物电解质的发展

????聚合物固态电解质的研究可以追溯至19世纪80年代，Wright等人首先提出聚氧化乙烯可以溶解碱金属盐并形成离子导电聚合物，由于阳离子与聚合物主链中醚氧原子的配位随着温度变化，聚合物的电导率呈现温度依赖性。

???之后，将PEO和聚苯醚（PPO）等聚合物用于固态电解质与固态电池的制作中。自此，聚合物基固态电解质逐渐受到研究者的重视并被广泛研究。PEO由于具有较低的玻璃化转变温度，对锂盐的溶解能力强且具有较好的加工性能，成为目前聚合物基固态电解质中研究最为广泛的基体材料。

????此外，随着对电池高能量密度的需求越来越高，研究人员开发出了具有高电压稳定的聚磷腈（PPN）、聚碳酸酯（PVC、PTMC、PPC）、聚腈基丙烯酸酯（PECA）、聚丙二酰胺以及聚草酸酯（POE）等固态聚合物电解质。

固态聚合物电解质的优缺点

优点

（1）固态聚合物电解质采用聚合物作为基体，具有优异的性质，比如柔韧性、易加工性，可通过溶液浇铸或熔融挤出压延成膜。聚合物的黏弹性和可塑性赋予聚合物电解质加工便捷性，加工成型成本低，能设计成任意形状，具有较好的加工和形状灵活性。此外，聚合物合成条件较为简易，对温度、压力等环境要求不苛刻，适宜规模化生产。

（2）固态聚合物电解质中不存在微孔通道，能有效避免锂电池在充放电过程中由于锂不均匀沉积诱导锂枝晶沿隔膜内连续孔洞生长并刺穿隔膜导致内部短路的安全问题。此外，固态聚合物电解质具有较好的力学和机械强度，也有助于抑制锂枝晶。

缺点

（1）固态聚合物电解质与电极界面的接触欠佳，在充放电过程中正、负电极的体积变化会进一步恶化界面接触，使得界面处的离子和电子传输受阻，极大地降低电化学反应动力学。

（2）固态聚合物电解质在电极界面上的稳定性欠佳，在循环过程中，容易在电极界面上发生氧化还原反应，引发电池失效。PEO基聚合物电解质的起始分解电压为3.8V（vs.Li/Li+），可以搭配低电压的磷酸铁锂（LiFePO4）正极使用，但当与高电压层状过渡金属氧化物正极（如LiCoO2、NCM、NCA等）相匹配时，其在正极/电解质界面上会发生严重的氧化反应，增加电池电阻，释放气体，严重影响电池的循环稳定性和安全性。

（3）聚合物基固态电解质在具有高化学反应活性的锂金属电极界面上同样存在不稳定性，例如，PAN具有高的电化学稳定窗口（≥4.5Vvs.Li/Li+），被认为可以与高电压的正极相匹配，然而，由于-CN基团的存在，其与锂金属负极接触时，会在界面发生反应形成钝化层，严重削弱电池性能。

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聚合物电解液机理

????传统的电解液锂离子电池，在充放电时，通过锂阳离子在电解液中进行往复循环移动，完成导电过程。在锂聚合物电解质电池中，聚合物电解质充当电解液的角色，进行正负极离子传递，其电解质体系由聚合物和锂盐两部分组成，可以看成锂盐溶于电解质。聚合物电解质能够导电的先决条件是聚合物具备与锂盐耦合的能力，聚合物中的极性基团(—O—，=O，—N—，—P—，—S—，C=O，C≡N等)可以和Li+进行络合，形成聚合物-锂盐复合物。

结语

????目前，关于有机电解液的开发主要集中在新型锂盐开发、电解液组成比例、添加剂开发等方面；对于聚合物电解质的开发集中在提高聚合物成型、透明度、弹性性能，提高离子导电率、拓宽电化学窗口性能上。总的来说，聚合物电解质是未来聚合物锂离子电池电解液发展的重要方向之一，但是当前固体聚合物电解质的导电率低、机械强度差等技术缺陷也限制了其发展。

????随着现代科技的迅猛发展，人们对电池能源领域的要求也越来越高，聚合物锂离子电池成为人们重点探究的课题之一，对于聚合物锂离子电池的研究和性能改造仍需要研究工作者们的不懈追求和努力。