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聚合物电解质电化学性能的评价方法

来源:沃尔德   发布日期:2013-06-11   点击次数:2716

聚合物电解质电化学性能的评价方法
    用于锂离子电池充电的聚合物电解质,其电导率、锂离子迁移数、电化学稳定窗口、与电极材料的界面相容性都是非常重要的理化性质。下面就从这几个方面对其进行研究评价。
1 测试电池
    要研究、评价聚合物电解质,需要组装合适的测试电池。现在一般都采用电极|电解质|电极构造的平板型测试电池,电极采用表面光滑的铂片、镍片、不锈钢片,活性物质与导电剂和黏结剂涂布在集流体上制成的复合电极,聚合物电解质膜夹在两电极之间,有时根据测试项目的需要,在两电极之间加一金属丝或窄条作参比电极。
2 聚合物电解质电导率的测试与评价
    电解质必须具有较高的离子电导率,以满足锂及锂离子电池在实际应用中的工作电流要求。离子电导率和电极/电解质界面性能通常用交流阻抗技术测试。测定聚合物电解质离子导电率,测试电池用不锈钢对称电极时,典型的阻抗谱图。
3 聚合物电解质锂的离子迁移数
    提高聚合物电解质的锂离子迁移数可以改善锂电池的倍率性能,聚合物电解质的锂离子迁移数接近于1是最理想情况,但实际情况通常远小于1,使电极表面产生了浓度差,电池最大电流受到了限制。
4 聚合物电解质电化学稳定性
    聚合物电解质的电化学窗口至少为4.2V才能满足锂离子电池的要求,前面介绍的聚合物电解质电化学窗口一般高于4.0V,有的甚至达到5.5V。电化学窗口的测量一般使用线性电位扫描法、循环伏安法或交流阻抗法。
聚合物电解质的电化学窗口主要由锂盐阴离子决定,还与聚合物母体种类、溶剂种类以及组分配比有关,添加无机粉体材料制备的有机-无机复合型聚合物电解质也比未添加无机粉体材料时的电化学窗口稍有增加。
5 聚合物电解质与电极材料的界面相容性与稳定性研究
5.1 界面相容性与稳定性研究方法
    在以碳材料作负极的锂离子电池中,在负极首次充电过程中,易于与电解质中的有机溶剂,如EC等,产生反应,在电极表面产生SEI膜,聚合物电解质与电极材料间形成稳定的相界面,但钝化现象不能太严重,否则会导致电池容量的降低,也影响电池的倍率充放电性能。聚合物电解质/电极界面相容性一般通过监视锂对称电极与聚合物电解质组成电池的界面阻抗随时间变化来衡量的。聚合物电解质膜与锂对称电极组成三层夹心结构式测试电池,其交流阻抗谱图随时间变化,不同时间锂对称电极电池的交流阻抗谱,高频区为本体电阻的反映,中频区圆弧为界面性能的表面,低频区的直线源于离子的扩散。
5.2 影响聚合物电解质/电极界面相容性的因素
    聚合物电解质膜与锂电极组装测试电池时,不像液体电解质体系,锂电极浸润在液体电解质环境中,由于聚合物电解质膜具有固态特性,PEG膜与电极的界面除了钝化现象外,还存在PEG膜与电极的接触紧密问题。在开始一段时间内,Ri增长很快,以后逐渐降低,逐渐达到平衡值,呈现一种无规则的或升或降的波动形式,但波动幅度不大。这是因为在开始一段时间内,聚合物电解质膜中组分与电极反应剧烈,钝化膜厚度持续增加,当增加到一定程度时,钝化膜阻挡了聚合物锂电池电解质中组分与电极的继续反应,钝化膜电阻达到最大值。

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