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凝胶电解质技术进展

zhangling12

2015/04/17

电化学综合讨论

电解液是锂离子电池关键材料之一，采用有机溶剂的电解液在极端情况下会出现漏液问题，并易燃。用聚合物电解质替代电解液被认为是解决上述问题的有效方案。聚合物电解质主要包括凝胶聚合物电解质(GPE)和全固态聚合物电解质(SPE)。

全固态聚合物电解质由于常温离子电导率较低的问题一直没有解决，并且成本过高，尚未有商品上市。目前取得商业化应用的主要是凝胶聚合物电解质。凝胶聚合物电解质既有全固态聚合物电解质良好的安全性，又与有机溶剂电解液有相近的离子电导率，并且具有与电极材料间的反应活性低、质量轻、易成薄膜、黏弹性好的特点。

因此采用凝胶聚合物电解质的电池可制成各种形状，并具有耐压、耐冲击、生产成本低和易于加工使用等优势。应用于高端数码产品的软包锂电池对轻薄和电池形状的灵活性有较高的要求，是凝胶聚合物电解质最适合的应用方向之一。

传统制备凝胶聚合物电解质的原理是利用分子链间存在相互作用力而形成物理交联，再吸入电解液后制成凝胶聚合物电解质。需经过聚合物成膜、造孔剂萃出和电解液浸渍等复杂工序，制出凝胶聚合物电解质膜后再与正、负极按一定顺序组装成电池。

随着制备工艺的发展，出现了凝胶聚合物电解质的现场聚合工艺。现场聚合工艺的原理是将聚合物单体和引发剂按一定比例加入电解液中混合均匀，在一定的外界条件下引发自由基聚合反应，单体聚合后即产生网状的立体骨架结构，将电解液均匀固化在网状结构的空隙当中，得到凝胶聚合物电解质。现场聚合工艺优点是电解液含量高，凝胶热稳定性好，电池成品质量稳定。但其未反应的残余单体对电池性能的影响不容忽视，并且聚合反应精确控制的难度较大。

现场聚合工艺具体可分为热引发现场聚合工艺与非热引发现场聚合工艺，而前者更为常见。其中中国科学院物理研究所、比亚迪股份有限公司、三洋株式会社及三星SDI 株式会社等均有相关专利。相比传统制备工艺的繁琐，现场聚合工艺将电解质的制备与电池组装一步完成，有效降低了生产成本，提高了生产效率。

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谢谢分享，了解了

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