張一凡,袁 平,楊佩瑜,田文生,馬曉華,李 敏

(1.復(fù)旦大學(xué) 材料科學(xué)系,上海 200433; 2.上?？臻g電源研究所,上海200245)

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新型鋰離子超級(jí)電容器用聚合物電解質(zhì)研究

張一凡1,袁 平1,楊佩瑜1,田文生2,馬曉華2,李 敏1

(1.復(fù)旦大學(xué) 材料科學(xué)系,上海 200433; 2.上海空間電源研究所,上海200245)

對(duì)新型鋰離子超級(jí)電容器的含硼聚合物電解質(zhì)的制備與性能進(jìn)行了研究。以甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA)為單體，經(jīng)自由基聚合法共聚得到P(GMA-co-OEGMA)，并進(jìn)一步添加苯硼酸酐改性，產(chǎn)物為含硼聚合物電解質(zhì)P(GMA-co-OEGMA)-B。理化表征和電化學(xué)測(cè)試的結(jié)果表明：P(GMA-co-OEGMA)-B有良好的機(jī)械性能和耐熱性能，電位窗口較大，變溫條件下離子電導(dǎo)率佳，其中常溫下的離子電導(dǎo)率最高可達(dá)1.62×10-3S/cm。與傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)和全固態(tài)電解質(zhì)相比，合成的含硼聚合物電解質(zhì)在應(yīng)用中可避免漏液、易燃、易爆等安全性問題，且室溫電導(dǎo)率較高，能滿足鋰離子超級(jí)電容器應(yīng)用的要求。此外，該含硼聚合物電解質(zhì)的安全性，寬電位窗口，較高的低溫電導(dǎo)率在航天領(lǐng)域亦具備一定的應(yīng)用前景。

含硼聚合物電解質(zhì)； 離子電導(dǎo)率； 甲基丙烯酸縮水甘油酯； 聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯； 苯硼酸酐; 自由基聚合； 高倍率充放電； 鋰離子超級(jí)電容器

0 引言

快速充放電電池等儲(chǔ)能器件在航天及軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用廣泛。在太空飛行器中，理想的快速充放電電池不僅要有傳統(tǒng)意義上的高比能量、高比功率，而且需具穩(wěn)定性佳、安全性好、任意改變形狀，將太陽能或其他能量進(jìn)行存儲(chǔ)與快速釋放等性能。這就對(duì)快速充放電電池，尤其是其中的電解質(zhì)提出了很高的要求。在過去的20年中，傳統(tǒng)的基于液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子技術(shù)雖有極大的優(yōu)點(diǎn)，如室溫下電導(dǎo)率大于10-3S/cm，電位窗口寬等，但由于液態(tài)電解質(zhì)本身固有的不穩(wěn)定性易造成嚴(yán)重的安全問題，如液態(tài)電解質(zhì)的漏液、溶劑的揮發(fā)導(dǎo)致高溫下分解，以及燃燒甚至爆炸等。使用聚合物電解質(zhì)不僅可有效解決上述安全問題，而且便于加工微型化，提高能量密度，因此成為了研究重點(diǎn)[1-3]。

近年來，有關(guān)高性能聚合物電解質(zhì)的研究取得了很大進(jìn)展，主要研究的內(nèi)容有新型聚合物合成、聚合物及聚合物電解質(zhì)物理特性、電荷傳輸?shù)睦碚撃Ｐ徒ⅲ约熬垭娊赓|(zhì)/電極界面物理、化學(xué)特性等。研究者通過分子設(shè)計(jì)合成梳型、星型、交聯(lián)、超枝化，以及嵌段等聚合物，改變其微觀結(jié)構(gòu)以提供離子快速傳輸?shù)耐ǖ缽亩岣叩蜏仉妼?dǎo)率等電化學(xué)性能[4-8]。此外，通過正、負(fù)離子的絡(luò)合，能進(jìn)一步提高離子電導(dǎo)率等電化學(xué)性能，即通過增強(qiáng)無機(jī)鹽中正負(fù)離子的解離度提高離子電導(dǎo)率。方法有兩種：一是通過絡(luò)合、解絡(luò)合離子實(shí)現(xiàn)；二是通過添加一種缺電子體絡(luò)合無機(jī)鹽中負(fù)離子，使正離子可快速傳輸。文獻(xiàn)[9]報(bào)道了一種基于聚乙二醇(PEG)-硼酸酯的三臂凝膠聚合物電解質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)：在硼酸酯的聚合物電解質(zhì)中，PEG-硼酸酯既作增塑劑，又作Lewis酸，可與無機(jī)鹽中的負(fù)離子相互作用，提高鹽的離解程度。硼酸酯與負(fù)離子的絡(luò)合程度越高，離子電導(dǎo)率相應(yīng)就越高。文獻(xiàn)[10]報(bào)道了PEG-硼酸酯對(duì)聚合物電解質(zhì)的影響，作為一種Lewis酸，PEG-硼酸酯可產(chǎn)生穩(wěn)定的循環(huán)性能并保持足夠高的室溫電導(dǎo)率(約10-4S/cm)。但作為航天應(yīng)用中的超級(jí)電容器要求具高倍率充放電、寬電勢(shì)窗口，以及高效的循環(huán)穩(wěn)定性能、高比容量、高能量密度等特性，目前報(bào)道的研究成果仍難以滿足上述要求。

對(duì)此，本文對(duì)一種新型含硼聚合物電解質(zhì)合成進(jìn)行了研究，通過調(diào)整聚合物微觀結(jié)構(gòu)以提供離子傳輸通道，利用缺電子有機(jī)質(zhì)硼絡(luò)合負(fù)離子促進(jìn)鋰鹽解離提高鋰離子的遷移數(shù)，使其在高低溫下能保持高離子電導(dǎo)率、高離子遷移數(shù)和高能量密度，以便用于鋰離子超級(jí)電容器。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

本文實(shí)驗(yàn)中所用主要試劑為：甲基丙烯酸縮水甘油酯，阿拉丁試劑有限公司(AR級(jí))；聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯，阿拉丁試劑有限公司(MW 950)；過氧化二苯甲酰，上?；瘜W(xué)試劑有限公司(AR級(jí))；苯硼酸酐，薩恩化學(xué)技術(shù)(上海)有限公司(AR級(jí))；二氧化硅，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司(粒徑約15 nm)；N’-N-二甲基甲酰胺，上海強(qiáng)順化學(xué)試劑有限公司(AR級(jí))；高氯酸鋰，上海中鋰實(shí)業(yè)有限公司(電池級(jí))。

本文實(shí)驗(yàn)及測(cè)試中所用主要儀器為：FA1104電子天平，上海天平儀器廠；81-2控溫磁力攪拌器，上海司樂儀器廠；DHZ-6090真空干燥箱，上海醫(yī)普晗精密設(shè)備有限公司；DHG-9036A恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；769YP-24B壓片機(jī)，天津市科器高新技術(shù)公司；CHI660E電化學(xué)工作站，上海辰華儀器有限公司。

1.2 含硼聚合物電解質(zhì)P(GMA-co-OEGMA)-B制備

所有實(shí)驗(yàn)均在溫度(20±5) ℃、相對(duì)濕度小于2%的干燥環(huán)境中進(jìn)行。以聚合物薄膜具備一定的力學(xué)性能又不會(huì)過硬以致電導(dǎo)率不佳(拉伸強(qiáng)度約5～20 MPa)為標(biāo)準(zhǔn)，反應(yīng)條件定為單體/溶劑體積比=2∶3、投料摩爾比n(GMA)/n(OEGMA)=5∶1、引發(fā)劑過氧化二苯甲酰(BPO)用量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%[11]。

制備具體步驟如下：將單體GMA(約1.43 g)和OEGMA(約1.92 g)、溶劑2MDMF-LiClO4(2 mol/L的N’-N二甲基甲酰胺-高氯酸鋰溶液)2 mL加入容量瓶中，置于磁力攪拌器上攪拌30 min；分別投入質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，5%，10%的苯硼酸酐繼續(xù)攪拌至其全部溶解并均勻分散在體系中；最后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的BPO混合均勻后澆鑄于PTFE模具中。將PTFE模具放入恒溫干燥箱中于85 ℃、氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下分別反應(yīng)2.5，3.0，3.5 h。最終得到含硼聚合物電解質(zhì)薄膜，薄膜厚度為1～1.3 mm。反應(yīng)機(jī)理如圖1所示。

圖1 P(GMA-co-OEGMA)聚合反應(yīng)化學(xué)方程式Fig.1 Chemical equation of P(GMA-co-OEGMA) polymerization

1.3 紅外光譜分析

實(shí)驗(yàn)儀器：用Nicolet 6700型傅里葉紅外光譜儀對(duì)樣品P(GMA-co-OEGMA)-B進(jìn)行紅外光譜測(cè)試，分辨率2 cm-1，頻率范圍為中紅外400～4 000 cm-1。

1.4 形貌表征

采用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)樣品形貌進(jìn)行觀測(cè)，分辨率3.5 nm，放大倍數(shù)500～5 000。

1.5 熱穩(wěn)定性表征

用美國(guó)TA公司Q500型熱重分析儀對(duì)樣品的熱穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。氣氛條件為氮?dú)?，溫度范?5～500 ℃，升溫速率20 ℃/s。

1.6 恒、變溫電導(dǎo)率測(cè)試

聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率的測(cè)定采用三明治夾心結(jié)構(gòu)模型，即將不同組分的含硼聚合物電解質(zhì)膜P(GMA-co-OEGMA)-B置于兩個(gè)不銹鋼阻塞電極間，形成不銹鋼電極/P(GMA-co-OEGMA)-B/不銹鋼電極結(jié)構(gòu)，用電化學(xué)工作站進(jìn)行交流阻抗(EIS)測(cè)試，頻率范圍為1～1×106Hz，溫度范圍10～80 ℃，電壓振幅10 mV/s。

1.7 循環(huán)伏安法測(cè)試(CV)

以還原氧化石墨烯為兩電極材料，P(GMA-co-OEGMA)-B為聚合物電解質(zhì)，組裝成對(duì)稱型超級(jí)電容器，測(cè)試其電化學(xué)性能。其中電極材料的制備過程為：活性物質(zhì)(還原氧化石墨烯)，粘結(jié)劑(聚偏氟乙烯PVDF)，導(dǎo)電劑(乙炔黑)按質(zhì)量比8∶1∶1混合，滴加溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)，室溫下攪拌2～3 h使其分散均勻。采用市售泡沫鎳作為集流體，將制備的混合液涂覆在直徑1.6 cm的泡沫鎳上，溫度120 ℃下真空干燥24 h。然后將干燥的電極材料用紅外壓片機(jī)于3.0 MPa下壓片得到還原氧化石墨烯電極材料。對(duì)稱型超級(jí)電容器的組裝：按正極/聚合物電解質(zhì)/負(fù)極的順序?qū)⒅苽涞碾姌O材料與聚合物電解質(zhì)組裝在2032型紐扣電池中。超級(jí)電容器循環(huán)伏安測(cè)試：掃描速率20 m V/s，電勢(shì)窗口0～2.5 V。

1.8 長(zhǎng)循環(huán)測(cè)試

對(duì)裝配成的對(duì)稱型超級(jí)電容器作3 000次的恒電流充放電長(zhǎng)循環(huán)測(cè)試，掃描速率1 A/s，電勢(shì)窗口0～2.0 V。

2 結(jié)果與討論

2.1 宏觀觀察

圖2是制備得到的含5%苯硼酸酐P(GMA-co-OEGMA)聚合物電解質(zhì)膜如圖2所示。由圖2可知：該聚合物膜具有一定的透明度、柔韌性和可彎曲性能，厚度為1.6～2.0 mm。

圖2 5%苯硼酸酐P(GMA-co-OEGMA)聚合物電解質(zhì)膜Fig.2 Gel polymer electrolyte membrane of P(GMA-co-OEGMA) with 5% triphenylboroxin

2.2 紅外光譜分析

苯硼酸酐，P(GMA-co-OEGMA)和含硼5%聚合物電解質(zhì)P(GMA-co-OEGMA)-5% B的紅外光譜如圖3所示。由圖3可知：在1 727 cm-1，1 251 cm-1和1 090～1 100 cm-1附近的3個(gè)峰表明了P(GMA-co-OEGMA)共聚物的存在；在1 601，1 441，701 cm-1的峰則與苯硼酸酐的紅外峰相對(duì)應(yīng)，加上位于1 386 cm-1處的峰應(yīng)為-B-O-硼氧鍵特征峰，證明了產(chǎn)物中含有苯硼酸酐。此外，P(GMA-co-OEGMA)-5% B中有1個(gè)位于1 700 cm-1處的強(qiáng)峰，應(yīng)為溶劑DMF的羰基峰。

圖3 苯硼酸酐，P(GMA-co-OEGMA)和P(GMA-co-OEGMA)-5% B的FT-IR圖Fig.3 Infrared spectra of triphenylboroxin, P(GMA-co-OEGMA) and P(GMA-co-OEGMA)-5% B

2.3 形貌分析

P(GMA-co-OEGMA)和含5%硼聚合物電解質(zhì)P(GMA-co-OEGMA)聚合物電解質(zhì)放大5 000倍的SEM圖如圖4所示。由圖4可知：P(GMA-co-OEGMA)膜在數(shù)微米的尺寸下表面較平滑；加入苯硼酸酐后，聚合物鏈段表面即使在數(shù)微米的尺寸下也表現(xiàn)出凹凸不平的粗糙結(jié)構(gòu)，推測(cè)這是由苯硼酸酐顆粒附著在聚合物鏈段上所致。這些微觀表面上的粗糙結(jié)構(gòu)使電解質(zhì)膜的表面積大幅上升，對(duì)離子的吸附和傳輸有良好的貢獻(xiàn)，從而大幅提升了離子電導(dǎo)率。

圖4 P(GMA-co-OEGMA)和含5%硼聚合物電解質(zhì)P(GMA-co-OEGMA)-5% B的SEM圖Fig.4 SEM images of P(GMA-co-OEGMA) and P(GMA-co-OEGMA)-5% B

P(GMA-co-OEGMA)-5% B和P(GMA-co-OEGMA)-10% B的SEM圖如圖5所示。由圖5可知：在相同放大倍率下，加入5%苯硼酸酐的聚合物電解質(zhì)膜顯得非常粗糙，還可見孔洞的存在，推測(cè)該螺旋型的孔洞是由于P(GMA-co-OEGMA)中GMA和OEGMA鏈間的誘導(dǎo)力使其互相吸引圍繞成螺旋狀的結(jié)構(gòu)。但在苯硼酸酐的投料比增至10%后，粗糙孔洞的結(jié)構(gòu)消失，分析可能是由于苯硼酸酐的投料量過多時(shí)，作為顆粒會(huì)發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。

圖5 P(GMA-co-OEGMA)-5% B和P(GMA-co-OEGMA)-10% B的SEM圖Fig.5 SEM images of P(GMA-co-OEGMA)-5% B and P(GMA-co-OEGMA)-10% B

2.4 熱穩(wěn)定性分析

P(GMA-co-OEGMA)和P(GMA-co-OEGMA)-5% B的TGA圖如圖6所示。由圖6可知：兩條曲線的基本趨勢(shì)相似，可見在200 ℃前P(GMA-co-OEGMA)，P(GMA-co-OEGMA)-5% B均有25%～30%的失重，這是由于聚合物電解質(zhì)中存有的少量溶劑揮發(fā)，也可能是聚合物中小分子的分解所致；在200～300 ℃，有一穩(wěn)定的平臺(tái)，表示在300 ℃前P(GMA-co-OEGMA)聚合物電解質(zhì)膜相對(duì)較穩(wěn)定；在約310 ℃處，失重率隨溫度的上升急劇增加，這是由溫度過高而導(dǎo)致的聚合物分解、揮發(fā)所致。

圖6 P(GMA-co-OEGMA)和P(GMA-co-OEGMA)-5% B的TGA圖Fig.6 TGA images of P(GMA-co-OEGMA) and P(GMA-co-OEGMA)-5% B

比較兩者可知：在加入苯硼酸酐后，升溫過程中質(zhì)量的損失均略高于未添加的P(GMA-co-OEGMA)聚合物電解質(zhì)膜，推測(cè)原因可能為以下兩點(diǎn)：一是苯硼酸酐小分子的分解損失；另一可能是由于苯硼酸酐的加入，分散在聚合物鏈結(jié)構(gòu)中的小分子使P(GMA-co-OEGMA)的結(jié)構(gòu)變得更松散，故在受熱后較容易分解。盡管如此，P(GMA-co-OEGMA)-5% B發(fā)生劇烈分解并大量失重的溫度亦在300 ℃以上，該結(jié)果表明本實(shí)驗(yàn)所制備的含硼聚合物電解質(zhì)膜的熱穩(wěn)定性可高達(dá)300 ℃左右。

2.5 含硼聚合物電解質(zhì)膜P(GMA-co-OEGMA)-B電化學(xué)測(cè)試

2.5.1 室溫電導(dǎo)率

不同苯硼酸酐投料量與反應(yīng)時(shí)間所得產(chǎn)物的室溫電導(dǎo)率見表1。

表1 不同苯硼酸酐投料量與反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物的室溫電導(dǎo)率

Tab.1 Electrical conductivity at room temperature with different amount of triphenylboroxin and reaction time

苯硼酸酐投料量電導(dǎo)率/(S·cm-1)反應(yīng)時(shí)間2 5h反應(yīng)時(shí)間3 0h反應(yīng)時(shí)間3 5h3%B1 16×10-48 55×10-45 75×10-45%B8 67×10-41 62×10-31 27×10-310%B6 50×10-44 74×10-44 25×10-4

由表1可知：當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為2.5 h時(shí)，加入3%的苯硼酸酐對(duì)電導(dǎo)率的提升略大于5%的苯硼酸酐，但在反應(yīng)時(shí)間為3.0 h時(shí)含5%苯硼酸酐的聚合物膜的電導(dǎo)率卻是含量為3%的兩倍。這是因?yàn)殡S著苯硼酸酐加入量的增大，越來越多的苯硼酸酐小分子充填在反應(yīng)體系中，在共聚物的聚合過程中使結(jié)構(gòu)更為無序、松散，所以短的反應(yīng)時(shí)間會(huì)影響體系的反應(yīng)程度，反應(yīng)程度不足會(huì)導(dǎo)致成膜性能不好，同時(shí)影響了電導(dǎo)率。

比較不同的反應(yīng)時(shí)間，可發(fā)現(xiàn)加入5%苯硼酸酐的產(chǎn)物隨反應(yīng)時(shí)間的增加出現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，這說明了當(dāng)反應(yīng)時(shí)間提高至3.0 h時(shí)，體系的反應(yīng)程度最合適，電導(dǎo)率可高達(dá)1.62×10-3S/cm；若再升至3.5 h，則體系內(nèi)反應(yīng)程度過高，導(dǎo)致形成的產(chǎn)物近似于全固態(tài)的聚合物電解質(zhì)，離子在其中的運(yùn)動(dòng)能力下降，從而電導(dǎo)率有所下降。又相較于含3%苯硼酸酐的試樣，5%的即使在較高的反應(yīng)程度下仍保有較高的電導(dǎo)率，可認(rèn)為對(duì)這個(gè)體系，5%是苯硼酸酐最適合的投料量。

當(dāng)加入10%的苯硼酸酐時(shí)，由表1可知電導(dǎo)率在各反應(yīng)時(shí)間下電導(dǎo)率均是下降的，這可能是由于過多的苯硼酸酐小分子充填在聚合物結(jié)構(gòu)中，加上其自身可能發(fā)生團(tuán)聚，這就顯著阻礙了離子在體系內(nèi)的吸附遷移，最終結(jié)果顯示電導(dǎo)率有所下降。

2.5.2 變溫電導(dǎo)率測(cè)試

以電導(dǎo)率最佳的試樣(苯硼酸酐含量5%、反應(yīng)3.0 h)進(jìn)行變溫電導(dǎo)率測(cè)試并與PGMA，P(GMA-co-OEGMA)比較，結(jié)果如圖7所示。由圖7可知：加入苯硼酸酐后電導(dǎo)率大幅上升，與未添加苯硼酸酐的P(GMA-co-OEGMA)相比普遍提升約60%。此外，值得一提的是雖然聚合物電解質(zhì)膜的電導(dǎo)率隨溫度降低而大幅減小，但在加入苯硼酸酐后電解質(zhì)膜的低溫電導(dǎo)率由5.52×10-4S/cm提升至1.09×10-3S/cm，提升了將近1倍，在低溫條件下依然表現(xiàn)出優(yōu)良的電導(dǎo)率性能。

圖7 含硼聚合物電解質(zhì)膜P(GMA-co-OEGMA)-5% B電解質(zhì)膜的變溫電導(dǎo)率Fig.7 Thermal conductivity test of gel electrolyte membrane P(GMA-co-OEGMA)-5% B

2.5.3 含硼聚合物電解質(zhì)膜P(GMA-co-OEGMA)在超級(jí)電容器中的循環(huán)伏安表現(xiàn)

將制得的含硼聚合物電解質(zhì)膜P(GMA-co-OEGMA)-5% B與石墨烯電極組裝成超級(jí)電容器，在控制掃描速率20 mV/s下測(cè)試其在不同電位窗口下的C-V曲線，結(jié)果如圖8所示。由圖8可知：充放電的對(duì)稱性較好，且在電位窗口達(dá)到近2.1 V時(shí)還保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，表明本文制備的聚合物電解質(zhì)膜可在最高2 V左右的電壓下穩(wěn)定工作。

圖8 P(GMA-co-OEGMA)-5% B組裝成超級(jí)電容器的C-V圖Fig.8 C-V curve of P(GMA-co-OEGMA)-5% B assembled into supercapacitor

2.5.4 含硼聚合物電解質(zhì)膜P(GMA-co-OEGMA)在超級(jí)電容器中的長(zhǎng)循環(huán)表現(xiàn)

將制得的含硼聚合物電解質(zhì)膜P(GMA-co-OEGMA)-5% B與石墨烯電極組裝成超級(jí)電容器后，用恒電流充放電法，在控制充放電速率1 A/s下測(cè)試其在2 V電位窗口下的3 000次長(zhǎng)循環(huán)比電容保持率，結(jié)果如圖9所示。其中：每隔60次循環(huán)取1個(gè)點(diǎn)計(jì)算其比電容保持率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在第一次的比電容為10.1 F/g下，前240次循環(huán)比容出現(xiàn)了一定的衰減，降至9.2 F/g，保持率為91.1%，而此后的衰減較穩(wěn)定，循環(huán)3 000次時(shí)比電容降至8.4 F/g，保持率為83.2%。開始測(cè)試階段出現(xiàn)較大衰減的原因可能是由于聚合物電解質(zhì)膜中的電解液離子在較大電流的作用下與電極發(fā)生了界面反應(yīng)，增大了接觸電阻，另外電極片上部分結(jié)合不甚穩(wěn)固的活性物質(zhì)亦有可能因此脫落。

圖9 P(GMA-co-OEGMA)-5% B組裝成超級(jí)電容器的長(zhǎng)循環(huán)Fig.9 Long cycle curve of P(GMA-co-OEGMA)-5% B assembled into supercapacitor

3 結(jié)束語

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Study on Polymer Electrolyte for Lithium Ion Supercapacitor

ZHANG Yi-fan1, YUAN Ping1, YANG Pei-yu1, TIAN Wen-sheng2, MA Xiao-hua2, LI Min1

(1. Department of Materials Science, Fudan University, Shanghai 200433, China; 2. Shanghai Institute of Spaceflight Power, Shanghai 200245, China)

The production and performances of boron-dopedpolymer electrolyte for lithium ion supercapactior were researched in this paper. With GMA and OEGMA as monomers, a polymer electrolyte (GMA-co-OEGMA) was produced by free radical polymerization. Furthermore, triphenylborox was added in for modification and P(GMA-co-OEGMA)-B was prepared. Properties of the P(GMA-co-OEGMA)-B were analyzed and results showed that P(GMA-co-OEGMA)-B expressed superior mechanical and thermal properties and wide potential window. Meanwhile, with great performances in thermal conductivity test, the maximum ionic conductivity value reached 1.62×10-3S/cm at room temperature. Compared with the traditional liquid electrolyte and solid electrolyte, the boron polymer electrolyte is able to avoid leakage, flammable, explosive and other security issues, as well as intimate high conductivity at room temperature, which meets the need of lithium ion super capacitor. In addition, with high safety, wide potential window, good conductivity at low temperature, the boron polymer electrolyte also has a certain application prospect in the aerospace field.

gel polymer electrolyte; ionic conductivity; glycidyl methacrylate (GMA); poly (ethylene glycol) methyl enther methacrylate (OEGMA); triphenylboroxin; free radical polymerization; high rate charge-discharge; lithium ion super capacitor

1006-1630(2017)03-0148-07

2016-12-06；

2017-01-25

上海航天科技創(chuàng)新基金資助(SAST2016110)

張一凡(1994—)，男，碩士生，主要研究方向?yàn)殇囯x子電池與超級(jí)電容器,

TM53

A

10.19328/j.cnki.1006-1630.2017.03.020