有机无机复合技术进展分析79页PPT
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第49卷第9期2021年5月广州化工Guangzhou Chemical IndustryVol.49No.9May.2021锂电池有机-无机复合固态电解质研究进展保克畔(上海理工大学材料科学与工程学院,上海200093)摘要:有机-无机复合固态电解质是锂离子电池材料的研究热点,由于其兼有聚合物与无机电解质的优点而有望成为下一代全固态锂离子电池的重要组成部分。
在这篇综述中,以不同种类的无机填料为依据,总结了常见的复合电解质研究形式,对其最新进展进行了综述。
从工作的新颖性、性能提升和实用性等方面考察,对最新研究的不同种类无机填料对复合电解质性能的影响做了分析。
关键词:聚合物;无机填料;复合电解质;固态电池;离子电导率中图分类号:TM912文献标志码:A文章编号:1001-9677(2021)09-0028-03 Research Progress on Organic-inorganic Composite SolidElectrolyte for Lithium BatteriesBAO Ke-pan(School of Materials Science and Engineering,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai200093,China)Abstract:Organic-inorganic composite solid electrolytes are expected to become an important part of all solid-state lithium-ion batteries due to their advantages of both polymer and inorganic electrolytes.The common research forms of composite electrolytes were summarized based on different types of inorganic fillers,and their latest developments were reviewed.The effects of different types of inorganic fillers in the composite system were evaluated from the aspects of novelty,performance improvement and practicability of the work.Key words:polymer;inorganic filler;composite electrolyte;solid-state battery;ionic conductivity目前成熟的商用锂离子电池使用的是有机电解液,虽然可以得到高电导率和良好的界面接触,但电解液易泄露和燃烧、分解等安全问题无法保证避免。
有机无机复合材料一、有机、无机复合材料的定义复合材料是指结合两种或两种以上不同有机、无机相的物质以物理方式结合而成,撷取各组成成分的优点,以构成需要之结构材。
往往以一种材料为基体,另一种材料为增强体组合而成的材料。
各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
高聚物基复合材料PMC S最先得到发展,已有半个多世纪的历史,在工业、民用、航天航空、生态、智能等领域取得了广泛的应用[1]。
有机、无机复合材料即用有机材料与无机材料通过某种方式结合而成的全新材料。
复合后的新材料具有有机、无机材料的各自优点,并且可以在力学、光学、热学、电磁学和生物学等方面赋予材料许多优异的性能,正在成为材料科学研究的热点之一。
目前,国内外这方面的研究成果正不断见诸报道[2,3]。
二、有机、无机复合材料的特点复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。
其特点是比重小、比强度和比模量大。
例如碳纤维与环氧树脂复合的材料,其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍,还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。
石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。
纤维增强材料的另一个特点是各向异性,因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。
以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料,在500℃时仍能保持足够的强度和模量。
碳化硅纤维与钛复合,不但钛的耐热性提高,且耐磨损,可用作发动机风扇叶片。
碳化硅纤维与陶瓷复合,使用温度可达1500℃,比超合金涡轮叶片的使用温度(1100℃)高得多。
碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨,构成耐烧蚀材料,已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。
非金属基复合材料由于密度小,用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。
用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧,其刚度和承载能力与重量大5倍多的钢片弹簧相当。
三、有机、无机复合材料的应用1 有机一无机纳米复合材料纳米复合材料是一类新垫复合材料,它是指一种或多种组分以纳米量级的微粒,即接近分子水平的微粒复合于基质中构成一种复合材料.纳米复合材料因其分散相尺寸介于宏观与微观之间的过渡区域,将给材料的物理和化学性质带来特殊的变化,正日益受到关注.纳米材料被誉为21世纪最有前途的材料”,该类材料研究的种类已经涉及到无机物、有机物和非晶态材料等.有机一无机纳米复合材料因其综合了有机物和无机物各自的优点,并且可以在力学、热学、光学、电磁学和生物学等方面赋予材料许多优异的性能,正在成为材料科学研究的热点之一.<1> 有机一无机纳米复合技术最先制得的纳米复合材料是无机纳米复合材料,如金属、非金属.陶瓷和石英玻璃等.目前,纳米复合材料研究的种类已涉及到有机物和非晶态材料等.各国首先着重于纳米复合材料制备方法的研究,特别是薄膜制备法的研究.纳米复合方法常用的有三种:溶胶一凝胶法、嵌入法和纳米微粒填充法.其中溶胶一凝胶法较早用于制备有机一无机分子杂化材料或纳米复合材料;嵌入法在分子材料领域表现出很好的前景,特别是将不同的性能综合到单一的材料中去.<1.1>溶胶一凝胶法(Sol—Gel Process)在l8世纪中期,Ebelman和GrahmanC 在对二氧化硅凝胶的研究中,产生了用溶胶一凝胶工艺制备无机陶瓷和玻璃的兴趣.溶胶一凝胶产品最早出现在50年代,除了粉末材料外,多孔固体、纤维、涂层和薄膜也相继被制备.溶胶一凝胶工艺的基本过程是液体金属烷氧化物M(OR) (M为si、T 等元素,R为cH 、CIHs等烷基)与醇和水混合,在催化剂作用下发生如下水解一缩合反应:水解反应TEOS+4H2O—Si(OH)4+4EtOH缩合反应Si(OH)4+Si(OH)4J→(HO)3Si—O—Si(OH)3+H2O当另外的-=Si-OH四配位体互相链接,则发生如下缩聚反应,并最终形成三维的siO。