聚合物锂离子电池技术

　　常规的固态聚合物电解质（SPE）由聚合物与锂盐构成，它是锂盐溶于聚合物而形成的电解质体系。通常分子链上含有能与Li+发生配位作用的氧、氮、硫等极性基团的聚合物可用来形成该类体系，如：聚氧化乙烯（PEO）、聚氧化丙烯、聚氧杂环丁烷、聚乙烯亚胺、聚（N-丙基-1氮杂环丙烷）、聚硫化亚烃等。作为硬酸的Li+倾向于和硬碱发生相互作用，所以锂盐在含氮、硫极性基团的聚合物中的溶解度较在含氧极性基团的聚合物中小，电导率（σ）很低而没有实际的意义；PEO分子的构象比其它聚醚分子更有利于与阳离子形成多重配位，能溶解更多的锂盐，表现出好的导电性能，因此PEO+锂盐体系就成为SPE中最早和最广泛研究的体系。

　　但是常规的固态聚合物电解质（SPE）的σ室温通常小于10-4S·cm-1，为满足锂离子电池的要求，在聚合物/盐体系中加入能促进锂盐离解、增加体系的自由体积分数并降低其玻璃化转变温度（Tg）的增塑剂，可得到σ室温大于10-3S·cm-1的凝胶SPE。增塑剂通常是高介电常数、低挥发性、对聚合物/盐复合物具有可混性和对电极具有稳定性的有机溶剂。如碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯、N-甲基吡咯烷酮、环丁砜、γ-丁内酯等。常用的锂盐有LiPF6、LiN（SO2CF3）等。

　　运用XRD、DSC和交流阻抗等测试手段，对影响聚合物电导率的因素作了初步探讨。

　　⑴锂盐浓度对电导率的影响
　　当锂盐的浓度较低时，聚合物电解质的电导率是比较低的，仅为10-8数量级。在锂盐浓度逐渐增大的过程中，由于载流离子浓度的增大，电导率也随之增大；而当盐的浓度继续增大时，高的离子浓度导致了离子间的相互作用力增强，使载流离子的淌度减小，致使电导率下降。

　　⑵增塑剂浓度与Tg的关系
　　随着增塑剂的增加，聚合物电解质的玻璃化转变温度逐渐减小，加快了聚合物电解质在室温时的链段运动，因此它的导电能力也随着增大。虽然增塑剂浓度的增加，大大提高了聚合物电解质的电导率，但同时也降低了聚合物电解质膜的自支成膜性和机械强度。若将预聚物、增塑剂和锂盐共混，利用光或热引发聚合反应，通过化学键形成具有网状结构的凝胶SPE，这样得到的SPE不仅具有良好机械性能，而且抑制了聚合物结晶，提高了SPE中增塑剂的含量，可以获得高σ的SPE。

2.4 负极材料
　　锂离子电池的容量在很大程度上取决于负极的锂嵌入量，其负极材料应满足如下要求：⑴锂的脱嵌过程中电极电位变化较小，并接近金属锂；⑵有较高的比容量；⑶较高的充放电效率；⑷在电极材料的内部和表面Li+均具有较高的扩散速率；⑸较高的结构、化学和热稳定性；⑹价格低廉，制备容易。目前有关锂离子电池负极材料的研究工作主要集中在碳材料和具有特殊结构的其它金属氧化物。

　　一般制备负极材料的方法如下：①在一定高温下加热软碳得到高度石墨化的碳；②将具有特殊结构的交联树脂在高温下分解得到硬碳；③高温热分解有机物和高聚物制备含氢碳。

碳负极材料要克服的困难就是容量循环衰减的问题，即由于固体电解质相界面膜（Solid electrolyte interphase，简称SEI）的形成造成不可逆容量损失。因此制备高纯度和规整的微结构碳负极材料是发展的一个方向。

　　各种金属氧化物其机理与正极材料类似，主要研究方向是获取新型结构或复合结构的金属氧化物。

参考文献
[1]Venkatraman S，Subramanian V.Electrochemical Communications,2000,2:18～22.
[2]解晶莹等.电源技术,1997,21(5):185～189.