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规格: 100A 150A 200A
硅基固态聚合物电解质
有机硅聚合物材料具有优良的热稳定性、较高的离子电导率、低可燃性以及无毒性等优点,并且大多数有机硅材料具有较低的玻璃化转变温度,使其作 为聚合物电解质有希望在低温条件下快速传导锂离子,从而快速充放电。目前, 常被用作电解质的有机硅类聚合物可以分为聚硅氧烷、聚倍半硅氧烷和 类三个体系。
聚娃氧烷基固态聚合物电解质
聚硅氧烷的主链结构单元为Si—O链节,受Si—0键长(约为16.40nm)和 Si—O—Si键角(约为143°)的影响,链段易于旋转,分子链柔顺性好,该聚合 物的玻璃化转变温度普遍偏低。与其他类型的高分子相比,聚硅氧烷类材料具有优良的耐温性和耐候性、较高的介电常数以及较低的表面张力,可以满足其作为 聚合物电解质材料的使用需求。
含有硅氧烷与氧化乙烯的聚硅氧烷固态聚合物电解质
早期关于聚硅氧烷作为电解质材料的研究中,大多将硅氧烷链段与具有较高离子传导特性的低聚氧化乙烯链段结合进行分子设计,使聚合物兼具无机聚 合物和有机聚合物的特性,以提高聚合物电解质的综合性能。Nagaoka等;和 MaCfarlane等;从降低聚合物电解质玻璃化转变温度的角度出发,设计合成了一系列主链为 的硅氧烷类聚合物DMS-nEO,结构如表3.4 所示。研究发现,该聚合物的玻璃化转变温度介于聚娃氧院和聚氧化乙烯之间,且该聚合物电解质体系的离子电导率高于聚氧化乙烯类电解质体系。研究者还详细地 研究了聚合物电解质中氧化乙烯链段的数量对离子电导率的影响,发现当K)链段中 «等于4时所得到的聚合物电解质的电导率 高[65],该聚硅氧烷电解质体系的室温离 子电导率约
,详细数据列于表3.4中。
Fish等将聚硅氧烷作为主链,聚氧化乙烯链段作为侧链,设计合成了结构如表3.4所示的PMMS聚合物体系,其室温离子电导率 高为7X10-5S/cm。近年来, 研究人员将硅氧烷链段和聚氧化乙烯链段分别作为侧链,制备了结构如表3.4所示的 POEM-g-PDMS聚合物体系[69]。该聚合物室温下为固态,玻璃化转变温度为-123°C, 在17〜87°C范围内的电导率接近液态聚氧化乙烯电解质体系的电导率。Li/POEM- g-PDMS/VOx,电池体系表现出了优异的循环性能和耐温特性,电池在室温以2/3C循 环200圈后容量未衰减,且该电池体系能够在0°C条件下进行充放电循环。
下图为采用几种不同石墨负极的电池的循环曲线(3.0-4.2V,C/3充电C/3放电),为了加速电池的衰降,作者在每次充电中还增加了一个3小时的恒压过程,从图中能够看到3个小时的恒压过程的加入使得锂离子电池的衰降速度大大加速,在经过300次循环后仅有MAGE和SLC 1520T材料的电池容量保持率超过80%,MAGE3和SCMG-BH材料的电池循环性能 差, 达到寿命终止。而采用不同负极的电池也表现出了不同的衰降特性,例如采用A12和APS19材料的电池在循环200次以后,衰降速度开始加速,而MAGE3和SCMG-BH材料则在初期展现了更快的衰降速度,同时从下表我们还能够注意到采用MAGE3和SCMG-BH电池的初始容量也要比其他材料的电池更低,这也主要是因为这两款材料相对较低的化成库伦效率导致的。
为了分析几种不同负极的锂离子电池在循环中的衰降机理,作者将循环后的电池进行了解剖,采用正负极分别制作了扣式电池,从下图c能够看到循环后的正极不但容量出现了显著的降低,倍率性能也都出现了明显的下降,而反观负极(下图d)再经过循环后可逆容量仅发生了轻微的降低(少于3%),但是倍率性能有所下降,循环后的SCMG-BH、A12和MAGE3材料在高倍率下容量相对较低。
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