焦曉寧，周錦濤，陳洪立

（1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387）

PMMA系聚合物在鋰離子電池凝膠電解質(zhì)領(lǐng)域中的研究進(jìn)展

焦曉寧1，2，周錦濤1，陳洪立1

（1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387）

綜述了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作為鋰離子電池凝膠電解質(zhì)的特性及應(yīng)用情況.PMMA基凝膠電解質(zhì)與鋰金屬電極的界面穩(wěn)定性好，室溫離子電導(dǎo)率高達(dá)10-3S/cm數(shù)量級(jí)，循環(huán)充放電性能好；但較差的機(jī)械強(qiáng)度限制了其應(yīng)用，因此常采取共混、涂覆以及共聚等不同方式與其他高聚物、無(wú)機(jī)納米粒子、聚烯烴膜乃至非織造膜等結(jié)合，制備出復(fù)合凝膠電解質(zhì)使用.指出未來(lái)研究趨勢(shì)是采用靜電紡絲技術(shù)制備出分層復(fù)合聚合物電解質(zhì).

PMMA；鋰離子電池；凝膠電解質(zhì)；分層復(fù)合

鋰離子電池?fù)碛心芰看?、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)以及儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛［1］.正負(fù)極材料、電解液和多孔隔膜組成了鋰離子電池的工作系統(tǒng)，其中隔膜既要保證Li+正常通過(guò)，又要確保正負(fù)極不直接接觸，起至關(guān)重要的作用［2］.鋰離子電池最初采用液體電解質(zhì)，因暴露出易生長(zhǎng)枝晶、漏液等問(wèn)題，逐漸被聚合物鋰離子電池代替，后者使用凝膠聚合物電解質(zhì)（GPE）來(lái)代替電解液［3］.GPE由高聚物、鋰鹽和增塑劑形成，同時(shí)擁有固體粘聚性和液體分散傳導(dǎo)性，Li+可借助微孔中的液態(tài)電解質(zhì)分子在兩極間實(shí)現(xiàn)自由往返，電池安全性大為提高［4］.GPE受熱穩(wěn)定性好，且擁有不錯(cuò)的離子電導(dǎo)率（＞10-3S/ cm）和電化學(xué)穩(wěn)定窗口（＞4.5 V），其制備方法主要有溶液澆筑法［5］、相分離法［6-7］以及靜電紡絲法［8-10］.相對(duì)于傳統(tǒng)方法，靜電紡絲法是最簡(jiǎn)單、最有應(yīng)用前景的方法，可用于制備厚度均勻、成分均一的纖維膜，且具有無(wú)數(shù)貫通的微孔［11］，方便Li+傳輸，電化學(xué)性能因此有很大提高［12］.

1973年，F(xiàn)enton等最先開(kāi)始研究 GPE，隨后Wright等發(fā)現(xiàn)聚環(huán)氧乙烯（PEO）與堿金屬鹽形成的絡(luò)合物（PEO-MX）具有電導(dǎo)性，但其離子電導(dǎo)率達(dá)不到應(yīng)用水平［13］.1975年Feullade和Perche發(fā)現(xiàn)PVDF-MX等亦具備離子電導(dǎo)性，1979年Armand等使用其制造電池.1985年，Iijima等［14］首次將聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）用于GPE，當(dāng)PMMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，室溫離子電導(dǎo)率可達(dá)10-3S/cm數(shù)量級(jí)［15］.

PMMA基GPE最大特點(diǎn)是與金屬鋰電極的電化學(xué)穩(wěn)定性好、界面阻抗較低，而且甲基丙烯酸甲酯（MMA）單元中的羰基（-CO-）側(cè)基與碳酸酯類(lèi)增塑劑中氧原子的相互作用較強(qiáng)，因此能包含大量液體電解質(zhì)，是已知親電解液能力最高的聚合物［4，7］，Li+遷移數(shù)也要優(yōu)于PEO、PVDF基凝膠電解質(zhì).優(yōu)異的電化學(xué)性能和成本優(yōu)勢(shì)，使PMMA獲得研究者的青睞［15］，然而由于機(jī)械強(qiáng)力不足、吸液后表面易受破壞［4］，限制了其在GPE中單獨(dú)使用，而多與其他成分組合使用.

本文以PMMA系聚合物在鋰離子電池凝膠電解質(zhì)中的應(yīng)用為背景，介紹PMMA與其他組分不同結(jié)合方式的研究進(jìn)展.

1 與其他聚合物結(jié)合

1.1 物理共混

不同聚合物組分共混可以減少結(jié)晶、促進(jìn)鏈段運(yùn)動(dòng)，因此能提高電導(dǎo)率和機(jī)械性能.PMMA機(jī)械強(qiáng)度較弱，研究者常使用PVDF、P（VDF-HFP）、PAN等斷裂強(qiáng)度高的聚合物與其混合制備多孔膜，然后浸入電解液中得到GPE.

Liang等［16］將不同質(zhì)量比的PVDF/PMMA混合，采用靜電紡絲制備出多孔纖維膜，結(jié)果表明當(dāng)質(zhì)量比為90∶10時(shí)所得GPE室溫離子電導(dǎo)率最高（2.54×10-3S/cm）.Ding等［17］采用靜電紡絲方法制備P（VDF-HFP）/ PMMA（2∶1，w/w）GPE用于鋰離子電池，測(cè)試表明P（VDF-HFP）結(jié)晶性受到削弱，復(fù)合膜吸液率高達(dá)377%，電池漏液情況得到改善；離子電導(dǎo)率2.0×10-3S/cm，首次放電比容量接近145 mAh/g，150次充放電循環(huán)以后放比容量仍然達(dá)到133.5 mAh/g.Mahant等［8］將PVDF與PMMA（8∶2，w/w）進(jìn)行共混然后靜電紡絲制得多孔膜，具有85%的孔隙率和285%的吸液率，電化學(xué)穩(wěn)定窗口和室溫離子電導(dǎo)率分別達(dá)到5.0 V和2.95× 10-3S/cm.高虹等［18］在PVDF/PMMA（7∶3，w/w）共混體系中添加了聚乙二醇PEG作增塑劑，采用相轉(zhuǎn)化法制備出PVDF/PMMA/PEG聚合物隔膜，測(cè)得最佳工藝條件下制備的GPE離子電導(dǎo)率為2.848×10-3S/cm.趙劍蒙［19］利用同軸靜電紡絲制備出PVDF/PMMA（芯層/皮層）復(fù)合隔膜，特殊的纖維結(jié)構(gòu)使得該復(fù)合膜具有不錯(cuò)的機(jī)械性能和電化學(xué)性能，室溫下的離子電導(dǎo)率和首次放電比容量分別達(dá)到3.07×10-3S/cm和157.1 mAh/g.

Florat等［20］制備出PAN/PMMA混合靜電紡絲鋰離子電池隔膜，研究發(fā)現(xiàn)PAN/PMMA質(zhì)量比為75∶25時(shí)所得GPE性能最好.Rao等［10］研究了靜電紡絲制備聚合物多孔膜的可行性，配制了10%的PAN/PMMA（摩爾比4∶1）混合紡絲液，所得纖維的直徑為450 nm，室溫離子電導(dǎo)率高達(dá)3.6×10-3S/cm，這與隔膜高孔隙率（86%）密不可分，電化學(xué)穩(wěn)定窗口在5 V以上，0.1 C下首次放電容量為139 mAh/g，達(dá)到了正極材料（LiFePO4）理論容量的82.4%.Prasanth等［21］制備了PAN/PMMA/PS三組分混合靜電紡絲多孔膜，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量比為80∶10∶10的混合膜制成GPE的界面穩(wěn)定性最好，室溫離子電導(dǎo)率為3.9×10-3S/cm，在Li/LiMn2O4電池充放電循環(huán)測(cè)試中，0.1 C下首次放電比容量約為120 mAh/g.

Zhong等［22］制備出PVC/PMMA靜電紡絲復(fù)合纖維膜，實(shí)驗(yàn)表明PMMA的加入促進(jìn)了PVC基體對(duì)電解液的吸收和保持，Li+運(yùn)動(dòng)效率得以提升，離子電導(dǎo)率高達(dá)3.36×10-3S/cm，電化學(xué)穩(wěn)定窗口達(dá)5.0 V.Jung等［23］配制PMMA/PVC（不同質(zhì)量比）溶液，制備出靜電紡多孔膜，并進(jìn)行DSC、XRD、SEM及電化學(xué)測(cè)試分析.結(jié)果顯示PMMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的GPE性能表現(xiàn)最優(yōu)異，所組裝電池在0.5 C倍率下充放電循環(huán)100次后放電比容量?jī)H僅縮減了2 mAh/g（從142 mAh/g降至140 mAh/g）.

1.2 化學(xué)反應(yīng)

除了簡(jiǎn)單共混的方式，研究者亦通過(guò)共聚、交聯(lián)、接枝等化學(xué)改性方法引入PMMA，以增加聚合物體系的無(wú)定型相.共聚是將不同種類(lèi)單體通過(guò)氧化還原反應(yīng)聚合在一起，以其中一種強(qiáng)力高的聚合物做基體，多種物質(zhì)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)故整體性能更優(yōu)秀.Ryoo等［5］在N2氛圍下，通過(guò)引發(fā)劑作用將2種單體（丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯）共聚合成P（AN-MMA），并采用溶液澆筑法制備出GPE，實(shí)驗(yàn)表明該電解質(zhì)與金屬鋰片界面間的穩(wěn)定性良好，不同溫度下的離子電導(dǎo)率在0.86～1.6×10-3S/cm范圍內(nèi).Lee等［24］在此基礎(chǔ)上研究了SiO2納米粒子對(duì)GPE電化學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，加入SiO2后離子電導(dǎo)率大大增加，-15℃下為0.17×10-3S/ cm，而25℃下達(dá)1.3×10-3S/cm.

交聯(lián)主要是將共混物或共聚單體進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化，以增強(qiáng)其力學(xué)性能.Xu等［25］通過(guò)交聯(lián)將聚乙烯基乙二醇二甲基醚（PEGDME）與PMMA制成了高機(jī)械強(qiáng)度和空間穩(wěn)定性的均相凝膠電解質(zhì)膜，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該膜在-50～200℃范圍內(nèi)未發(fā)生相遷移，熱穩(wěn)定性良好.此外，接枝在提供穩(wěn)定化學(xué)鍵的同時(shí)也改善了不同聚合物間的相容性，使電解質(zhì)膜性能更好并且更加穩(wěn)定.例如，將PMMA接枝到P（VDF-HFP）上可以得到P（VDF-HFP）-g-PMMA梳狀共聚物，利用其制備的GPE具有較高的保液能力和不錯(cuò)的電化學(xué)性能［26］.

劉建生［27］使用乙酸乙烯酯（VAc）與丙烯腈（AN）單體進(jìn)行乳液聚合得到交聯(lián)共聚物P（AN-co-VAc），并采用相轉(zhuǎn)化法制備P（AN-VAc）自支撐膜，最后用PMMA對(duì)其進(jìn)行表面復(fù)合改性，得到P（AN-co-VAc）/ PMMA復(fù)合膜.結(jié)果顯示復(fù)合PMMA后的GPE電導(dǎo)率由1.4×10-3S/cm提到1.88×10-3S/cm，電化學(xué)穩(wěn)定窗口則由4.8 V提升至5.2 V.

2 與納米顆粒相互作用

2.1 直接添加

無(wú)機(jī)納米填料具有強(qiáng)力高、耐高溫、絕緣和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，利用共混、溶膠凝膠和原位聚合的方法將其添加到聚合物中，能夠改善聚合物的成膜性能，起到增強(qiáng)增韌的作用.而且納米顆粒比表面積大，便于Li+嵌入和脫出，既保證了較小的充放電極化程度，又兼具較高的可逆容量，因此在改善GPE熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能方面表現(xiàn)出重大作用.

Zhou等［28］采用原位聚合法在PVDF/PMMA（8∶2，w/w）紡絲液中添加3%（相對(duì)于聚合物）的TiO2納米顆粒，制備出靜電紡絲纖維膜.結(jié)果表明：添加納米顆粒后，混紡膜纖維直徑由850 nm降至570 nm，吸液率、孔隙率及電化學(xué)性能（離子電導(dǎo)率：3.9×10-3S/cm，電化學(xué)穩(wěn)定窗口∶5.1 V）均獲得提升.

Song等［29］將不同含量TiO2納米顆粒直接加入PVDF-HFP/PMMA混合液中，采用溶液澆筑法制備出GPE.結(jié)果發(fā)現(xiàn)加入5%TiO2后的GPE各方面性能最好，其130℃的熱收縮率由23.4%（不添加TiO2）降至14.4%，室溫下測(cè)試的離子電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定窗口分別達(dá)到2.49×10-3S/cm和5.0 V，0.2 C倍率下經(jīng)過(guò)50次循環(huán)后放電比容量仍能達(dá)到首次放電比容量（188.1 mAh/g）的92.1%.

2.2 核-殼結(jié)構(gòu)

考慮到無(wú)機(jī)納米粒子在有機(jī)溶劑中較弱的分散能力（例如SiO2粒子表面呈親水疏油性，不利于在有機(jī)溶劑中潤(rùn)濕、分散），以及與聚合物存在的性質(zhì)差異，上述直接添加的方式容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象.而表面化學(xué)改性的方法可以利用改變化學(xué)鍵的方式來(lái)減少活性基團(tuán)（-OH）數(shù)目，從而改善無(wú)機(jī)顆粒的分散性.一種典型的方法是通過(guò)制備核-殼結(jié)構(gòu)使無(wú)機(jī)粒子具有聚合物的性質(zhì)［30-32］.

Cui等［33］采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法（ATRP）得到PMMA-g-TiO2，然后將6%（相對(duì)于PVDF）的PMMA-g-TiO2溶于PVDF溶液中，利用靜電紡絲制備出復(fù)合多孔膜.測(cè)試結(jié)果表明：加入PMMA-g-TiO2后的復(fù)合膜相對(duì)于純PVDF膜性能獲得提升，浸入電解液5 h后吸液率從310%增至360%，20℃離子電導(dǎo)率由2.51×10-3S/cm提升至2.95×10-3S/cm，電化學(xué)穩(wěn)定窗口由5.1 V提升至5.3 V.

Yang等［31］首先采用改進(jìn)的St?ber法［34］在實(shí)驗(yàn)室制備出SiO2納米顆粒，然后利用無(wú)皂乳液聚合得到具有核-殼結(jié)構(gòu)的SiO2-PMMA亞微球，如圖1所示.再將其涂覆在PE隔膜一側(cè)，制備出功能陶瓷涂層膜（FCC）.其中SiO2耐熱性能好，能夠提高FCC耐熱收縮性能，進(jìn)而提升電池安全性；而PMMA形成凝膠電解質(zhì)后，持液能力增強(qiáng)，電池性能得到提升.測(cè)試結(jié)果表明：FCC膜的熱收率由純PE膜的31.4%提高到12.9%，吸液率由57.7%提升到89.5%，離子電導(dǎo)率由7.80×10-4S/cm提高到1.08×10-3S/cm.

圖1 具有核-殼結(jié)構(gòu)的SiO2-PMMA亞微球合成示意圖Fig.1 Synthetic scheme of core-shell structured SiO2-PMMA sub-microspheres

尚昕［3］將改性后的SiO2分散在MMA和St（苯乙烯）單體中，采用自由基聚合反應(yīng)制備出SiO2/P（MMA-S）交聯(lián)型納米復(fù)合物，隨后利用相轉(zhuǎn)化法制得多孔膜.該膜吸液率為310%，拉伸斷裂強(qiáng)度高達(dá)40 MPa，以LiClO4-DMC/EC/EMC電解液組裝的電池在0.1 C倍率下具有高達(dá)156.8 mAh/g的首次放電比容量.

3 增強(qiáng)型分層復(fù)合多孔膜

鑒于PMMA強(qiáng)力不足限制了實(shí)際應(yīng)用，研究者采用溶液澆筑、涂覆、浸漬、化學(xué)接枝改性、靜電紡絲［9，35-37］等方法將其與PVDF、PVDF-HFP等聚合物，無(wú)機(jī)顆粒，聚烯烴隔膜乃至非織造膜分層結(jié)合的方式，以利于PMMA凝膠電解質(zhì)發(fā)揮出自身優(yōu)勢(shì).

3.1 與非織造膜復(fù)合

Wu等［37］以PP非織造膜為基材制備了2種含PMMA的分層復(fù)合隔膜，分別為：①將PP非織造膜浸入溶有不同質(zhì)量PMMA納米顆粒的PVDF-HFP溶液中，烘干得到復(fù)合膜（CSs）；②先將PP非織造膜浸入PVDF-HFP溶液中2 min后烘干，再將含固量10%的PMMA納米顆粒水溶液涂覆在表面，烘干制得納米涂層復(fù)合隔膜（nano-CS）.其中，CS（0.2）和nano-CS 2種隔膜的吸液率分別為212%和202%，孔隙率分別為77.9%和75.3%，室溫離子電導(dǎo)率分別為1.575×10-3S/cm和1.846×10-3S/cm，0.2 C倍率下充放電50次后的放電比容量分別為138 mAh/g和152 mAh/g，分別占首次放電比容量的97%和99%.

3.2 與聚烯烴膜復(fù)合

市售聚烯烴隔膜強(qiáng)力高但其材質(zhì)屬于疏水性高聚物，難以完全潤(rùn)濕且表面能較低，缺乏穩(wěn)定的吸液能力，存在漏液風(fēng)險(xiǎn)影響使用安全［38-39］.涂層、接枝共聚是此類(lèi)隔膜常用的改性方法，其中引入MMA等極性基團(tuán)接枝改性后的隔膜被稱(chēng)為活性膜［40］，具有更好的吸液能力和界面穩(wěn)定性.

Kim等［41］將PMMA、TiO2納米顆粒與聚乙烯乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）以6∶1∶4的質(zhì)量比混合，溶于1 mol/L LiPF6（EC∶EMC∶DMC質(zhì)量比為1∶1∶1）電解液中并添加引發(fā)劑和催化劑，然后涂覆在PP隔膜上并采用紫外光照射3 h，最終制備出復(fù)合GPE.結(jié)果表明，加入TiO2納米顆粒后的GPE界面阻抗下降，電化學(xué)性能顯著增強(qiáng)，0.5 C下測(cè)試具有高達(dá)320 mAh/g的首次放電比容量.此外，盧雷［42］采用乳液聚合法將MMA單體與粘合性能優(yōu)異的醋酸乙烯醋 （PVac）單體合成出聚甲基丙烯酸甲酯-醋酸乙烯酯（PMMAVac），然后通過(guò)浸泡將其附著在PE隔膜上，烘干后浸入電解液中得到GPE.

使用涂層法制備的隔膜體系機(jī)械性能好、吸液率高，但也存在操作條件控制不易、涂層厚度不均、容易掉落等缺陷，光引發(fā)接枝聚合法可以避免這些問(wèn)題［43］. Swon等［44］利用光引發(fā)接枝聚合法在商業(yè)PE隔膜表面接枝PMMA，制備出不同接枝度的PE-g-PMMA膜.結(jié)果表明：隨著接枝度的增加，隔膜耐熱收縮性能穩(wěn)步提升，這是因?yàn)镻MMA逐漸覆蓋了PE膜的孔隙，阻止其受熱收縮；測(cè)得活性膜的電化學(xué)穩(wěn)定窗口均超過(guò)5.0 V，其中接枝度為127%的隔膜在0.5 C倍率下第300次放電比容量是首次放電比容量的85%.

由于光引發(fā)接枝法需要使用高能射線，容易降解PMMA并對(duì)聚烯烴隔膜強(qiáng)力造成損傷，研究人員嘗試其他方法改進(jìn).Shi等［45］利用聚多巴胺作為ATFR反應(yīng)的引發(fā)劑，在相對(duì)溫和條件下將MMA接枝在PE隔膜表面，成功制備出了PE-g-PMMA活性膜，其中PE作為骨架起到強(qiáng)力支撐作用，凝膠電解質(zhì)用來(lái)增強(qiáng)潤(rùn)濕能力和保液能力.實(shí)驗(yàn)表明：接枝后隔膜孔徑、孔隙率及拉伸斷裂強(qiáng)度下降，最佳接枝度是22%，此時(shí)活性膜的熱穩(wěn)定性和吸液能力獲得提升，室溫下測(cè)試離子電導(dǎo)率和首次放電比容量分別達(dá)到1.19×10-3S/cm、163.1 mAh/g，電化學(xué)性能優(yōu)于純PE膜.

3.3 與聚合物分層復(fù)合

Xiao等［9］采用靜電紡絲的方法制備了PVDF/PM MA/PVDF三明治結(jié)構(gòu)的自粘合復(fù)合多孔膜，如圖2所示.

圖2 PVDF/PMMA/PVDF三層復(fù)合凝膠電解質(zhì)示意圖Fig.2 SEM micrographs of cross-section of PVDF/PMMA/ PVDF trilayer membrane

結(jié)果表明：三層復(fù)合膜的拉伸斷裂強(qiáng)度由PMMA單層膜的2.15 MPa提高到7.11 MPa，室溫離子電導(dǎo)率高于單層復(fù)合膜（達(dá)到了1.93×10-3S/cm），電化學(xué)穩(wěn)定窗口達(dá)4.5 V.趙劍蒙［19］制備出靜電紡絲PVDF/PMMA/PVDF三層復(fù)合膜，測(cè)得層合后的隔膜平均孔徑（3.683 μm）偏小但孔隙率較高（80.14%），且拉伸斷裂強(qiáng)度由PMMA/PVDF直接混紡膜的11.21 MPa提升至13.7 MPa.程司辰［46］制備出靜電紡絲PMMA/PVDF/ PMMA復(fù)合膜，該復(fù)合膜吸液率高達(dá)497%，室溫下的離子電導(dǎo)率為3.63×10-3S/cm，界面阻抗僅為45 Ω，所組電池在0.2 C倍率下首次放電比容量則達(dá)到了147.7 mAh/g.

3.4 其他方式分層復(fù)合

Kim等［35］首先采用溶液澆筑法得到一層PMMA薄膜，然后將其浸入納米Al2O3/PVDF-HFP（質(zhì)量比90∶10，聚合物PVDF-HFP起粘結(jié)作用）混合液中保持1 h，得到具有無(wú)機(jī)涂層的Al2O3/PMMA/Al2O3三層復(fù)合隔膜，并得到相應(yīng)GPE，如圖3所示.測(cè)試結(jié)果表明：該隔膜的拉伸斷裂強(qiáng)度為9.8 MPa，而吸液率接近500%，室溫下的離子電導(dǎo)率為0.535×10-3S/cm.

圖3 Al2O3/PMMA/Al2O3三層復(fù)合凝膠電解質(zhì)示意圖Fig.3 Schematic diagram of Al2O3/PMMA/Al2O3sandwiched GPE

Zhang等［36］在玻璃板表面依次涂上PVDF和PMMA溶液，聚合物質(zhì)量比控制在0.5∶1∶0.5，制備出PVDF/PMMA/PVDF三層復(fù)合鋰電隔膜，如圖4所示.與Celgard 2 400隔膜相比，該隔膜組裝電池的充放電循環(huán)表現(xiàn)優(yōu)勢(shì)顯著.

圖4 PVDF/PMMA/PVDF三層復(fù)合隔膜示意圖Fig.4 SEM micrograph of cross-section of sandwiched membrane of PVDF/PMMA/PVDF

4 結(jié)語(yǔ)

PMMA系凝膠電解質(zhì)親電解液能力強(qiáng)、界面阻抗低，表現(xiàn)出良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，在鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域中具有很好的前景.由于PMMA是非結(jié)晶聚合物，機(jī)械強(qiáng)力偏弱，需要與其他高強(qiáng)力聚合物材料結(jié)合才能穩(wěn)定發(fā)揮作用.通過(guò)分層結(jié)合，以PVDF、PAN等機(jī)械強(qiáng)力好的物質(zhì)為基，有利于不同組份發(fā)揮出各自的性能優(yōu)勢(shì).雖然PMMA在復(fù)合凝膠電解質(zhì)體系中非支配地位（質(zhì)量占比低于50%），但其對(duì)電解液親和力高，對(duì)電化學(xué)性能的提升做出了巨大貢獻(xiàn).有鑒于此，筆者預(yù)測(cè)未來(lái)在PMMA基復(fù)合凝膠電解質(zhì)的研究中將會(huì)有以下趨勢(shì)：

（1）靜電紡絲技術(shù)是目前制備多孔膜的理想方式，PMMA系GPE的制備將更多采用此法；

（2）PMMA有賴(lài)于結(jié)晶型聚合物提供強(qiáng)力支撐；

（3）分層復(fù)合的凝膠電解質(zhì)因不同組分能夠形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，是一個(gè)重要的研究趨勢(shì)；

（4）無(wú)機(jī)納米顆粒的添加有益于聚合物膜增強(qiáng)增韌、提高熱穩(wěn)定性等，將會(huì)廣泛的使用.

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Research progress of PMMA-based gel electrolyte for LIBS

JIAO Xiao-ning1，2，ZHOU Jin-tao1，CHEN Hong-li1
（1.Schoool of Textiles，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China；2.Key Laboratory of Advanced Textile Composites of Ministry of Education，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

The characteristics and application of polymethyl methacrylate （PMMA）used for lithium-ion batteries gel polymer electrolyte（GPE）are summarized.One of the advantages of PMMA-based GPE is the good interface stability with lithium metal electrode，and it also has high ionic conductivity of 10-3S/cm at room temperature，and its cycle performance is better than that of some other gel electrolyte.But the weakness of mechanical strength limits its application.But the weakness of mechanial strength limits its application.The mechanial property of PMMA-based GPE can be improved by combining with other polymers，inorganic nanoparticles，polyolefin films，even nanworens to form gel electrolytes through blending，coating，copolymerization，etc.The trend of research on PMMA-based GPE is to prepare multi-layered composite porous electrolytes by electrospinning.

PMMA；lithium-ion battery（LIB）；gel electrolyte；multi-layered composite

TM911.3

A

1671-024X（2016）05-0046-07

10.3969/j.issn.1671-024x.2016.05.009

2016-07-04

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAE01B03）

焦曉寧（1958—），女，教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楣δ芊强椩觳牧?E-mail：xiaoningj@tjpu.edu.cn