解决电导性与力学性能的矛盾； 从分子水平上阐述聚合物电解质的结构与导电机制的关系； 聚合物超离子导体； 聚合物单离子导体。


第三部分：锂离子电池的应用
⑴ 在电子产品方面的应用：
① 手机：
手机用锂离子电池的技术指标
电池 型号 14500 圆柱形 17500 18650 22mm 宽 470 22mm 宽 600 方 形 30mm 宽 850 34mm 宽 900
聚甲基丙烯酸酯（PMMA）
PMMA为非晶态高分子化合物，透明性好，1985年开始用于锂离子 电池。PMMA系凝胶电解质的特点是与金属锂电极的界面电阻低； 通过共聚可以得到离子电导率、机械强度和化学稳定性都较高的 聚合物电解质；
聚偏氟乙烯（PVDF）
PVDF均聚物为离子电导率高的电解质，具有优良的耐溶剂性能，热 稳定性能和耐候性能等。 锂离子电池用的聚偏氟乙烯化合物有聚偏氟乙烯均聚物和氟化乙烯 与六氟丙烯共聚物等
我国“863”计划电动汽车重大专项计划书中要求锂离子电池作为电动 汽车动力必须达到的性能（来自《高能化学电源》）
质量比能量/（W· h/kg）
功率密度/（W/kg） 循环次数/次 行驶里程/万公里 电池工作温度/℃
>130
>1600 >500 >10 -20~55
索尼公司以锂离子电池为动力的电动汽车部分试车结果
聚合物在锂离子电池中的应用
概要：
第一部分：选题的背景
第二部分：锂离子电池及其应用的聚合
物 第三部分：锂离子电池的应用
第一部分：选题的背景
本题涉及的是新能源材料的问题: 新能源材料的特点： ⑴ 新材料把原来使用的能源变成新能源。 ⑵ 一些新材料可以提高储能和能量转化效果 新能源材料开发面临的问题: ⑴ 资源的合理利用。 ⑵ 安全与环境保护。 ⑶ 材料规模化生产的制作与加工。 ⑷ 延长材料的使用寿命。
石墨化碳 负极材料
无定形 碳材料
其它碳 负极材料: 富乐烯 碳纳米管
氮化物
硅及 硅化物
锡基氧 化物及 锡化物
钛的 氧化物
对碳基负极材料的改性:1.引入非金属元素;2.引入金属元 素;3.进行表面处理;4.采用机械化学法(粉碎等).
五、聚合物电解质材料(来自《高能化学电源》)
电解质种类 结构特点 电解质体系 性能特点
谢谢！
容量 /mAh
直径 /mm 高度 /mm 宽度 /mm 长度 /mm
580
14 50
750
17 50
1350
18 50
30mm 宽 580
6 22 48
8 22 48
6 30 48
9 30 48
8 34 48
②笔记本电脑：
笔记本电脑的电压为10V以上，容量大，一般采用3~4个 单电池串联就可以满足电压要求，然后再将2~3个串联 的电池组并联，以保证较大的容量。
⑷ 其他应用
① 医学 主要应用于助听器、心脏起搏器等； ② 手表 更环保； ③ 地下采油 因为地下采油的温度高， 采用聚合物锂离子电池可以满足其要求 并且聚合物锂离子电池的电导率高能有效地提供电力。
东方欲晓，莫道君行早。踏遍青山人未老，风景这边独好。 会昌城外高峰，颠连直接东溟。战士指看南粤，更加郁郁葱葱。
三、正极材料 主要Fra bibliotek： 氧化钴锂正极材料、氧化镍锂正极材料、
氧化锰锂正极材料、钒氧化物正极材料 等 通过掺杂其它元素、改进制备工艺等材 料改性手段可以有效的提高脱嵌相的稳 定性，提高可逆容量和抑制容量衰减。
四、负极材料
负极材料分为：
碳基负极材料和非碳基负极材料两大类；
碳基负 极材料 非碳负 极材料
聚氧化乙烯类（PEO）
PEO在20世纪80年代开始作为电解质基体应用于电池中，其主要特点是：
玻璃转化温度低和无定形相含量高。 PEO的离子导电机理：离子通过PEO的局部松弛和链段的运动实现快速 迁移，该迁移主要发生在无定形相中。 通常的改性方法：共聚、交联、掺杂盐、加增塑剂和无机填料。
insulators, using crystalline solids, polymers, or composites consisting of polymer-liquid or ceramic-liquid combinations.Ref.NSF）
主要应用：军事通讯，鱼雷、潜艇、导弹等尖端武器上；
二次电池简介：
⑴ 什么是二次电池？ ⑵ 为什么二次电池能够迅猛发展？ ⑶目前对二次电池研究的新重点： ⅰ.储氢材料及金属氢化物镍电池； ⅱ.锂离子嵌入材料及液态电解质锂离子电池； ⅲ.聚合物电解质锂离子电池；
第二部分： 锂离子电池及其应用的聚合物
一、概述 二、工作原理
三、正极材料
四、负极材料
⑵ 交通工具方面的应用：
① 电动自行车：采用铅酸蓄电池，电池本身重就达十 几公斤而采用锂离子电池则只有3kg重；
② 电动汽车：
具有以下优点： ⅰ.低污染排放； ⅱ.低噪声、无废热； ⅲ.提高能源利用率； ⅳ.减缓能源危机； ⅴ.不会产生内燃机油污，耗油率为“零”； ⅵ.寿命长（大于10年），维护费用低，直接传动而驾 驶平稳且无歇停振动现象等；
几种最新的聚合物电解质
Ref.石 桥等 锂离子电池用聚合物电解质的最新进展I. 干态聚合物电解质[J],电子元 件与材料,2003,11.22(11):53~57.
聚合物电解质研究趋势

（来自陈光主编〈新材料概论〉）
聚合物电解质存在着电导性与力学性能的矛盾，以及 常温电导率不高、稳定性不好的问题。可以预测，今 后几年聚合物电解质技术的研究将主要集中在：
五、电解质材料
一、概述
定义：锂离子电池是指 以锂离子嵌入化合物 为正极材料电池的总 称。锂离子电池的充 放电过程，就是锂离 子的嵌入和脱嵌过程。
特点： ⑴优点
① 体积和质量比能量高。（体积比能量就是单位体积的能量，质量比能
量类似） ②平均输出电压高，一般为3.6V，是Cd-Ni，MH-Ni电池的三倍； ③可大电流放电，输出功率大； ④自放电率小，每月放电不超过10%，不到Cd-Ni，MH-Ni电池的一半； ⑤放电时间长、循环性能好、使用寿命长，可达1200次； ⑥充电效率高，可达100%，而且可快速充电； ⑦没有环境污染，称为“绿色电池”
聚丙烯腈(PAN）
PAN基电解质的研究始于1975年。 其优点是： 1. 合成简单 2. 性能稳定 3. 热稳定性高 4. 不易燃烧 缺点：离子电导率较低；但可以通过以下手段对其凝胶电解质进行改进： 选择合适的非水溶剂，如：用EC/DMC或EC/DEC混合溶剂代替PC/EC，可以避免PC 的分解进而提高电导率； 改善基体，通过共聚等方法可以减少聚丙烯腈的结晶性； 加入添加剂，如：加入三氧化二铝增塑后其室温电导率达0.23ms/cm； 减少凝胶中的杂质 提高电解质的均匀性
交联型 全固态聚合物 非交联型
①聚合物：聚醚类（PEO）聚丙烯腈（PAN） 聚甲基丙烯酸酯（PMMA）聚偏氟乙烯（ PVDF）等 ① 填料：有机低分子化合物、无机物、有 机-无机混合物
①聚合物：聚醚类（PEO）聚丙烯腈（PAN） 聚甲基丙烯酸酯（PMMA）聚偏氟乙烯（PVDF ）等 ② 填料：有机低分子化合物、无机物、有 机-无机混合物
交联型 凝胶聚合物 非交联型 ① 聚合物：聚醚类（PEO）聚丙烯腈（PAN） 化学交联： 聚甲基丙烯酸酯（PMMA）聚偏氟乙烯 性能稳定，不受温 （PVDF）等 度和时间的影响 物理交联： ② 液体增塑剂（低分子量聚乙二醇） 温度升高或长时间 ① 聚合物：聚醚类（PEO）聚丙烯腈（PAN） 放置发生容胀、 聚甲基丙烯酸酯（PMMA）聚偏氟乙烯 溶解、增塑剂析 （PVDF）等 出 ② 液体增塑剂（低分子量聚乙二醇）
（来自《锂离子电池》）
参 数 长x宽x高/mm 乘客数/人 质量/kg 每次充电行驶里程/km
性 能 4145x1695x1565 4 1700 >200
最大速率/（km/h） 从0加速到80km/h所需时间/s
120 12
⑶ 在军事上的应用：
美国军用锂离子电池的技术指标为：工作电压为4.0V，比能量为 90w· h/kg，功率密度为40w/kg，工作温度为：-20~55℃。 （The design of electrolytes,i.e.ionic conductors and electronic
充电反应为： 正极 :
LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe
负极:
6C + xLi+ + xe → LixC6
电池反应:
6C + LiCoO2 → Li1-xCoO2 + LixC6
在充电过程中，锂离子从正极脱嵌，而嵌入负极，即锂离子从高
浓度正极向低浓度负极的迁移过程；放电过程类似。
⑵缺点
①成本高，主要是正极活性材料价格高； ②必须有特殊保护电路，以防过充电； ③与普通电池的相容性差，一般要在3节普通电池的情况下才能用锂离子
电池代替。
与其优点比起来,锂离子电池的缺点不应成为问题,特别是它应用在高 附加值和高科技产品中.
二、工作原理
以石墨负极和LiCoO2正极为例：