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什么是硅基固態聚合物電解質?

時間:2019-05-12 22:31來源:海獵人
硅基固態聚合物電解質
有機硅聚合物材料具有優良的熱穩定性、較高的離子電導率、低可燃性以及無毒性等優點,并且大多數有機硅材料具有較低的玻璃化轉變溫度,使其作 為聚合物電解質有希望在低溫條件下快速傳導鋰離子,從而快速充放電。目前, 常被用作電解質的有機硅類聚合物可以分為聚硅氧烷、聚倍半硅氧烷和硅烷類三個體系。
  1. 聚娃氧烷基固態聚合物電解質
聚硅氧烷的主鏈結構單元為Si—O鏈節,受Si—0鍵長(約為16.40nm)和 Si—O—Si鍵角(約為143°)的影響,鏈段易于旋轉,分子鏈柔順性好,該聚合 物的玻璃化轉變溫度普遍偏低。與其他類型的高分子相比,聚硅氧烷類材料具有優良的耐溫性和耐候性、較高的介電常數以及較低的表面張力,可以滿足其作為 聚合物電解質材料的使用需求。
  1. 含有硅氧烷與氧化乙烯的聚硅氧烷固態聚合物電解質
早期關于聚硅氧烷作為電解質材料的研究中,大多將硅氧烷鏈段與具有較高離子傳導特性的低聚氧化乙烯鏈段結合進行分子設計,使聚合物兼具無機聚 合物和有機聚合物的特性,以提高聚合物電解質的綜合性能。Nagaoka等;和 MaCfarlane等;從降低聚合物電解質玻璃化轉變溫度的角度出發,設計合成了一系列主鏈為 的硅氧烷類聚合物DMS-nEO,結構如表3.4 所示。研究發現,該聚合物的玻璃化轉變溫度介于聚娃氧院和聚氧化乙烯之間,且該聚合物電解質體系的離子電導率高于聚氧化乙烯類電解質體系。研究者還詳細地 研究了聚合物電解質中氧化乙烯鏈段的數量對離子電導率的影響,發現當K)鏈段中 «等于4時所得到的聚合物電解質的電導率最高[65],該聚硅氧烷電解質體系的室溫離 子電導率約 ,詳細數據列于表3.4中。
 
 
表3.4線型聚硅氧烷電解質的化學結構及其電化學性能
 
Fish等將聚硅氧烷作為主鏈,聚氧化乙烯鏈段作為側鏈,設計合成了結構如表3.4所示的PMMS聚合物體系,其室溫離子電導率最高為7X10-5S/cm。近年來, 研究人員將硅氧烷鏈段和聚氧化乙烯鏈段分別作為側鏈,制備了結構如表3.4所示的 POEM-g-PDMS聚合物體系[69]。該聚合物室溫下為固態,玻璃化轉變溫度為-123°C, 在17〜87°C范圍內的電導率接近液態聚氧化乙烯電解質體系的電導率。Li/POEM- g-PDMS/VOx,電池體系表現出了優異的循環性能和耐溫特性,電池在室溫以2/3C循 環200圈后容量未衰減,且該電池體系能夠在0°C條件下進行充放電循環。


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