新课标高中化学阅读材料——聚合物固体电解质简介
凝胶电解质 聚合物电解质
凝胶电解质聚合物电解质
凝胶电解质和聚合物电解质都是在电化学设备中用作离子传导材料的一类物质，通常用于电池、超级电容器和其他能量储存设备。
它们有一些区别，以下是对这两种类型的简要介绍：
凝胶电解质：
1.定义：凝胶电解质是一种半固体电解质，通常由液体电解质和
固态凝胶材料混合而成。
2.组成：常见的液体电解质可以是有机溶剂，而凝胶部分通常由
聚合物、陶瓷或其他无机物构成。
3.特点：具有一定的流动性，但相较于液体电解质，其更为稳定，
能够减少泄漏风险。
4.应用：主要应用于锂离子电池、钠离子电池等。
聚合物电解质：
1.定义：聚合物电解质是一种由聚合物构成的固态电解质，通常
是高分子化合物。
2.组成：由高分子聚合物构成，这些聚合物能够提供离子传导通
道。
3.特点：具有良好的机械强度和化学稳定性，同时能够提供足够
的离子传导性能。
4.应用：主要应用于固态电池，例如固态锂离子电池、固态钠离
子电池等。
共同点：
1.固态性质：凝胶电解质和聚合物电解质都属于固态电解质范畴，
相对于传统的液态电解质，具有更好的安全性和稳定性。
2.应用领域：两者都在电池和其他储能设备中找到应用，特别是
在追求高能量密度、安全性和环保性的新一代电池技术中。
总体而言，凝胶电解质和聚合物电解质都代表了电化学领域中固态电解质技术的一部分，对于推动电池技术的发展和改进具有重要作用。
peo基聚合物固态电解质 -回复
peo基聚合物固态电解质-回复什么是固态电解质？固态电解质是一种能够导电的固体材料，通常用作电池或电容器等电子器件中的一部分。
与传统的液态电解质不同，固态电解质不需要溶解在液体中才能发挥其导电特性，因此具有更高的安全性和稳定性。
此外，固态电解质还具有良好的机械强度和耐高温、耐腐蚀等特点。
PEO基固态电解质的优势PEO（聚乙二醇）是一种常用的基础聚合物材料，被广泛应用于制备固态电解质。
PEO基固态电解质具有以下几个优势：1. 良好的离子传导性能：PEO基固态电解质通常与盐类混合形成复合材料，其中的盐类能够提供离子，而PEO则具有良好的离子传导性能。
相较于其他材料，PEO基固态电解质在较低温度下具有较高的离子传导能力。
2. 稳定的化学性质：PEO基固态电解质在氧化性环境下具有较好的稳定性，能够有效保护电极和其他电子元件不受环境中的氧化物的侵蚀。
3. 可调控的机械性能：PEO基固态电解质的机械性能可以通过调整PEO 的分子量、结构和添加其他聚合物或添加剂来进行调控。
这使得PEO基固态电解质能够适应不同的应用场景，例如灵活可弯曲的电子器件的制备等。
PEO基固态电解质的制备过程PEO基固态电解质的制备通常分为以下几个步骤：1. 选择合适的PEO：根据需要的离子传导性能和机械性能，选择适合的PEO材料。
通常，PEO的分子量越高，其具有的离子传导性能越好，但机械性能会相应降低。
2. 盐类的选择和添加：选择合适的盐类，并将其与PEO混合。
常用的盐类包括锂盐、钠盐、铜盐等。
盐类的添加有助于提供离子，并提高固态电解质的导电性能。
3. 成膜：将PEO和盐类混合物均匀涂覆到电池或电容器的电极上，并将其在适当的温度下进行成膜。
成膜可以通过热成形、溶剂蒸发或电化学方法等实现。
4. 交联：为了提高固态电解质的机械性能和稳定性，可以通过交联PEO 分子来形成网络结构。
这一步骤可以通过加热、辐射或者添加交联剂等方法来实现。
5. 电池组装：将制备好的PEO基固态电解质覆盖在正负极电极之间，组装成完整的电池或电容器。
聚乙烯醇固态电解质
聚乙烯醇固态电解质
聚乙烯醇固态电解质是一种由聚合物化合物聚乙烯醇构成的固态电解质材料。
它具有良好的离子传导性能和化学稳定性，因此在锂离子电池、燃料电池和超级电容器等能源领域得到广泛应用。
聚乙烯醇固态电解质的离子传导性能取决于其它添加的辅助材料，常见的添加剂有锂盐、硅氧烷、二氧化硅等。
这些添加剂可以提高聚乙烯醇材料的离子迁移速率，并提供更好的离子传导通道。
同时，固态电解质材料还需要具备足够的机械强度和热稳定性，以保证电池在工作过程中不发生漏电或短路等问题。
相较于传统的液态电解质，固态电解质具有较高的安全性和稳定性。
它不易泄漏、不燃、不挥发，能够有效减少电池发生热失控的风险，从而提高电池的安全性能。
此外，固态电解质还可以降低系统的体积和重量，提高电池的能量密度和功率密度。
然而，聚乙烯醇固态电解质材料还存在一些挑战，如离子传导性能不够高、界面电阻大、使用温度范围有限等。
目前，科研人员正在通过改变聚乙烯醇的结构和添加新的添加剂等方法来改善其性能，以进一步推动固态电解质技术的发展。
聚合物固体电解质综述
电解质盐的改性
由于锂离子半径很小，如果阴离子半径很大，所形成的盐离解能小而且容易发 生电离。通常采用的锂盐有 LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3及 LiN（CF3SO2）2等
电解质与聚合物的组合
利用聚合物的弯曲链把阴离子包围住，从而抑制阴离子的移动。结果表明，锂 离子的迁移数大大增加了，但是总的离子导电性大大下降。
研究较多、性能较好
直接涂布法
1
凝胶
将聚合物溶解在锂盐浓度较低的液体电解质中， 将形成的凝胶涂布在制模板上，蒸发多余的溶剂 即得到凝胶聚合物电解质膜
现场聚合法
单体、交联剂、液态电解质和引发剂直接混合均
匀，然后注入电池，真空密封，最后加热或 UV
聚合形成凝胶聚合物电解质
2
3
微孔聚合物隔膜法
限制被为空聚合物隔膜，后将聚合物隔膜寖取电 解质活化，即得到凝胶聚合物电解质。
聚合物固体电解质的概述
电解质综述
全固态聚合物电解质
CONTENTS
凝胶聚合物电解质
电解质综述
锂离子电池
超级电容器
燃料电池
电解质广泛应用于电池、高温氧化物燃料电池、超级电容器、电致变
色器件和离子传导型传感器件等。也用在记忆装置、显示装置、化学传感 器中。其作用为：在正负极之间充当离子传输的媒介。
凝胶聚合物电解质存在的问题
机械强度Байду номын сангаас
A
常用的改善 GPE 的机械性能的方法主要 PE隔膜或无纺布支撑， 从聚合物结构的改性方面有共混或共聚、交联、添加填料等
界面稳定性
B
C
凝胶聚合物电解质与电极之间的界面稳定性是保证聚 合物电解质电池良好的循环寿命的最重要的因素
固体电解质
来源：仲恺农业工程学院绿色化工研究所作者:黄金辉等提要：介绍了聚合物锂离子电池的关键材料聚合物电解质。
叙述了聚合物电解质的发展、组成、分类，离子在聚合物中的传导机理以及国内外的研究进展和今后的研究重点及方向。
信息、能源和环保是21 世纪人类社会关心的主要课题。
二次电池对3 个问题的解决都起着关键作用。
锂离子电池是最新型的二次电池，近10年来得到迅速发展。
到2008 年，全球锂离子电池的销售额已远远超过镉镍（Ni-Cd）和氢镍电池（Ni-MH）。
锂离子电池以其他电池所不可比拟的优势迅速占领了许多领域，从信息产业（移动电话、PDA、笔记本电脑）到能源交通（电网调峰、电动车辆），从太空（卫星、飞船）到水下（潜艇、水下机器人），锂离子电池在本世纪作为主要的二次电池，进入了人类社会的各个领域，为人类造福。
电解质作为锂离子电池的关键材料影响甚至决定着电池的比能量、寿命、安全性能、充放电性能和高低温性能等多种宏观电化学性质。
现在的电解质已经从以前的液态电解发展到固态电解质也就是聚合物电解质。
以聚合物电解质取代液态电解质，是锂离子电池发展的一个重大进步，其显著特点就是提高了电池的安全性能，易于加工成膜，可以做成全塑结构，从而可制造超薄和各种形状的电池；能够很好的适应电池冲放电过程中电极的体积变化，同时又有较好的化学和电化学稳定性能。
因此在新型高能锂电池及电化学的应用上显示出很大的优越性。
1 聚合物电解质聚合物电解质也就是高分子电解质，它是由极性聚合物和金属盐络合形成的一类在固态下具有离子导电性的功能高分子材料，实际上就是锂盐的聚合物溶液，广义的说是指具有离子传导性的导电聚合物材料，即在外加电场驱动力作用下，负载电荷的离子定向移动来实现导电过程的聚合物，它的溶剂无论是液体高分子还是固体高分子都具有能够和锂离子配位的基团，而且这些基团与锂离子配位能力越强，锂盐在聚合物中的溶解度就越大，相应的聚合物电解质电性能就越强。
高中电解质归纳整理
高中电解质归纳整理在高中化学的学习中，电解质是一个非常重要的概念。
理解和掌握电解质的相关知识，对于我们深入学习化学原理、解决化学问题都有着至关重要的作用。
接下来，咱们就一起对高中阶段涉及到的电解质进行一个归纳整理。
一、电解质的定义电解质是指在水溶液中或熔融状态下能够导电的化合物。
这里要注意几个关键词：“水溶液”“熔融状态”“导电”“化合物”。
也就是说，必须同时满足这几个条件才能称之为电解质。
比如，氯化钠（NaCl）在水溶液中或熔融状态下都能导电，所以它是电解质。
而像铜、铁等金属单质，虽然能导电，但因为它们不是化合物，所以不属于电解质。
二、电解质的分类电解质可以分为强电解质和弱电解质两大类。
强电解质在水溶液中完全电离，也就是说，它们在溶液中以离子的形式存在，不存在分子形式。
常见的强电解质有强酸（如盐酸、硫酸、硝酸等）、强碱（如氢氧化钠、氢氧化钾等）以及大多数盐（如氯化钠、硫酸铜等）。
弱电解质在水溶液中部分电离，溶液中既存在电解质分子，也存在离子。
常见的弱电解质有弱酸（如醋酸、碳酸等）、弱碱（如氨水等）以及水。
三、电解质的电离强电解质的电离用“＝”表示，比如氯化钠在水溶液中的电离方程式为：NaCl ＝ Na⁺＋ Cl⁻。
弱电解质的电离用“⇌”表示，以醋酸为例，其电离方程式为：CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻＋ H⁺。
在书写电离方程式时，要注意遵循质量守恒和电荷守恒定律。
四、电解质溶液的导电性电解质溶液之所以能够导电，是因为其中存在自由移动的离子。
溶液中离子浓度越大、离子所带电荷越多，溶液的导电性就越强。
比如，相同浓度的氯化钠溶液和醋酸溶液，氯化钠溶液的导电性更强，这是因为氯化钠是强电解质，在溶液中完全电离，离子浓度较大；而醋酸是弱电解质，部分电离，离子浓度较小。
但需要注意的是，溶液的导电性还与温度等因素有关。
五、电解质在化学实验中的应用电解质在化学实验中有着广泛的应用。
例如，在电解实验中，通过电解质溶液的电解可以制取某些物质。
第二章part 1-固体电解质
可见，半径位95pm的Na+要通过这样的 狭缝是十分困难的。
Na1
Cl4
Cl2
Na4
Cl1
Na2
Cl2
Na4
Na1
Cl3
Na+空位
Na3
Cl3
②间接迁移345 216
1.空位扩散机理
Schottky缺陷作为一种
热缺陷，普遍存在。一
迁移路 线
般而言，负离子作为骨
架，正离子通过空位来
迁移。晶体中与空位邻
近的正离子获得能量进
入到空位中，留下一个
新的空位，邻近的正离
子再移入产生新的空位，
依次下去，就不断地改
变空位的位置。总的说
来，阳离子就在晶格中
运动，如图所示。
Cl3
Cl4
Na4
Na+空位
Na3离子再通过半径为59.2pm的体心 通道，最后通过另一个三氯离子通 道，迁移到Na4位。
整个过程为：
Na3离子再通过 半径为59.2pm的 立方体体心通道
Cl1
Na3离子通过 半
Na3
径为45.2pm的三
氯离子间通道
Na1
Na2
Cl2 Cl3
Na3离子再通过 半径为45.2pm的 三氯离子间通道
活化能／ev 0.65~0.85 0.90~1.10 2.18~2.38
~1.3 0.27~0.50
2.2.3 固体离子导体中的电荷迁移
离子晶体中，离子i的扩散推动力为化学位梯度dµi /dx 电场中，离子i的扩散推动力为化电学位梯度d µi/dx
固体聚合物电解质和凝胶聚合物电解质的异同
固体聚合物电解质和凝胶聚合物电解质的异同一、凝胶态电解质与全固态聚合物的区别凝胶态电解质和全固态聚合物虽然都是新型的电解质，具有比传统液态电解质更好的电化学性能，但它们之间还是存在着一定的区别。
凝胶态电解质是将含有高分子电解质的液态电解质通过交联或柔性化学键等方式形成的凝胶态电解质，其具有良好的机械强度和离子传导性能；而全固态聚合物电解质是一种由聚合物材料构成的固态电解质，具有超高的机械强度和化学稳定性。
二、凝胶态电解质与全固态聚合物的优缺点1.凝胶态电解质优点：凝胶态电解质可以通过合理的配方调制和工艺优化，实现高离子传导性能和良好的机械性能，并且适用于多种电极材料的锂离子电池系统。
其制备成本相对较低，制备工艺相对简单。
缺点：凝胶态电解质在较高温度下会发生不可逆性凝胶化，降低了电池的可逆性。
凝胶态电解质中含有液体成分，因此可能导致电池泄漏，影响电池寿命。
2.全固态聚合物优点：全固态聚合物电解质可以在高温高压下制备，从而避免了凝胶态电解质在高温下失效的问题。
全固态聚合物电解质具有超高的机械强度和化学稳定性，并且不含液体成分，因此可以有效地避免电池泄漏等问题。
缺点：全固态聚合物电解质的离子传导性能较差，导致其在实际应用中无法充分发挥其优势。
同时制备工艺相对复杂，成本较高。
三、结论总的来说，凝胶态电解质和全固态聚合物都是实现高性能锂离子电池的重要方向。
凝胶态电解质具有较高的离子传导性能和良好的机械强度，成本较低；而全固态聚合物电解质具有超高的机械强度和化学稳定性，但离子传导性能较差，成本较高。
在实际应用中，应根据电池的具体需求和应用场景选择合适的电解质材料，平衡其综合性能和经济性。
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关 键 词 ：新 课 标 ；高 中 化学 ；聚合 物 固体 电解 质
文 章 编号 ：１ ０ －６ ２ （０ ９１ —０ ７ —０ ０ ５ ６ ９２ ０）１ ｏ ３ ２
中 图分 类 号 ：Ｇ ３ ． ６ ３８
文 献 标 识 码 ：Ｂ
传统 电池往 往含 有 电解质 溶 液 ，液态 的 电解 质
长 ，低温 性能 良好 ，尤其 适用 于 移动 电话 、笔 记本 电脑 、电动 车及 其他 移 动 电子 装 置［ 图 １ ３ １ 。 所示 为
一
ＳＥ Ｐ 能够 导 电的 一个 结构 要 素 。
种Ｓ Ｅ 离子 电池 ，其 中聚 合 物 固体 电解 质 （ Ｐ锂 凝
空 穴
胶 电解 质１ 薄膜 与 正 、 负极 材料 一 同卷 绕 形成 电池 主 体 。
目前 ，Ｓ Ｅ的最 大 应 用 就 是 制造 锂 离子 电 池 。 Ｐ
自１ ９ 年 美 国Ｂ ｌ ｏｅ 究 所 成 功 开 发 出聚 合 物 锂 ９４ ｅ ｅｒ研 ｌ
离 子 电池 以来 ，全世 界 已经有 近３ 家公 司进行 了批 Ｏ 量 生产或 研究 开发 。我 国于 １ ９ 年建 成第 一条 固态 ９８
以定 向迁 移 ，具 有导 电性 。
２ ＳＰ 有 什么优 点 ？ Ｅ
盐 类溶 质 电离形 成溶 剂 合离 子 ，液 体溶 剂的 流动性
保 证离 子可 以 自由移 动 。在 固体 中 ，离 子几乎 不可
能在 固体 晶格 间移 动 。 因此 ，过去研 究 和使用 的绝
大 部 分离 子导体 都 限 于液 ” 。
质。 １ 什么是 聚合物 固体 电解质 ？
天 、航 海 、人 造卫 星 、军用 通 讯设 备等 领域得 到应 用 ，正 逐步 代替 传统 电池 ，发 展前 景十 分广 阔翻 。
３ ＳＰ 是 怎样导 电的？ Ｅ ３１ 离子 导体 的条 件 ．
离子 导体有 两个 必 备条 件 ，一 是有 独立存 在 的
中也 存在 着 松散 分 布 的非 晶 区问 图２。 研 究发 现 ， （ ） Ｓ Ｅ 离子 导 电发 生 在 非 晶 区 ，即 非 晶 区的存在 是 Ｐ的
的电化 学装 置 耐压 、耐 冲击 、成本 低 、易 于 加 工 。
此 外 ，Ｓ Ｅ Ｐ 制成 的电源 功 率 高 ，能 量 密度 高 ，寿命
黪
。 ：
成 的 网 络将 液 体 分 子 封 闭 起 来 ．使 液 体 失 去流 动
性 ，形 成一 种介 于 固体 和 液体 之间 的特殊状 态— —
凝胶 【。凝 胶 既具 有 固体 的一些 性 质 （ １ ０ 】 如一 定 的几
正 、负 离子 ，二是 离 子 可 以 自由移 动 。在溶 液 中 。
聚合 物 固体 电解 质 ｆＰ １ 称 高 分 子 固体 电解 Ｓ Ｅ又 质 ，主要 由聚合 物和 金属 盐混 合形 成 。 聚合物 相 当 于 溶剂 ， 溶解 ” “ 金属 盐形 成 固溶 体网 离 子 在其 中可 ，
子。 ②在外电场的作用下 ， 离子借助聚合物的链段运
动在 聚合 物 中定 向迁 移 ， 而表 现 出离 子导 电性１ 从 ７ １ 。 Ｐ Ｏ 锂 盐 体 系 的 导 电机 理 如 图 ３ Ｅ一 所示 ｆ 圈 圆 代 表Ｐ Ｏ中 的氧 原 子 ）在 该 体 系 中 ，锂 离 子 与５ Ｅ 个 氧原 子 形成 配 位键 （） 在 电场 作 用 下 ，分 子链 段 ａ。
２０ ０ ９年 ， １ 期 第 １
问 题 解答 与讨 论
７ ３
新课标高 中化学 阅读材料—— 聚 合 物 固体 电解 质 简 介
秦 晋 ．王 明 召 ． 张 博
ｆ 京 师 范 大 学化 学 学院 ，北 京 北
１０ ７） ０８５
摘 要 ：本 文 扼 要介 绍 聚 合物 固体 电解 质 的 知识 ，可 供 一 线 教 师选 作新 课 标 高 中 化学 《 学 反 应 原 理 》 模 块 课 程 化
３２ Ｐ 的 离 子 导 电机 理 ． Ｓ Ｅ
Ｓ Ｅ既克 服 了 电解 质 溶 液 流 动 和挥 发 的缺 点 ， Ｐ
又 具有聚 合物 质量轻 、易 成薄 膜 的特 色 ，由它制成
大多数 聚合 物 不 存在 完 整 的 晶体结 构 【 往 往 ” ． 是 晶区非 晶 区两相 并存 ，即使 在所 谓 的结 晶聚合 物
７ ４
化 学 教 学
２０ ０９年 ， １ 期 第 １
运动使 原配位键 断裂 ，锂离 子 向另一配 位位 点迁移 （ ，形成新 的配位键 （ ，实 现定 向迁移嘲 ｂ ） ｃ ） 。
盼 ，妒 ａ
口
增塑 剂指 用 以使 高 分子制 品塑 性增强 ，改进其 柔 软性 、延伸 性和加 工性 的物 质 。大部 分增塑剂是
锂 离子 电池 生 产 线 。 目前 ，这 种 电池 已在 航 空 航
溶 液使得传 统 电池 的体积 、重 量较 大 ，能量密 度较 低 ，并容 易 因泄露 、挥 发 而缩 短使 用 寿命 或 腐蚀 其 他 器件【 现 在 已经 出现 使 用 固体 电解质 的 电池 ， １ 】 。
这类 电池 有 的用 到一 种新 型材 料一 聚合 物 固体 电解
晶区非Biblioteka 晶 区 圈２ 一 种 聚 合 物 固体 结构 模 型
ＳＥ Ｐ 中的导电过程分为两步 ： ①金属盐在聚合
物 的作用 下解 离 为阴 阳离 子 ，阳离 子 和高分 子形成
配 位 键 ，类 似 于 盐 在 水 溶 液 中 电离 并 形 成水 合 离
图 １ 一 种 聚 合 物 锂 离 子 电 池 的 内部 结 构
液体 ，主要作用 原理 是 削弱 聚合物 分子链 间的相互 作 用力 ，提高 分子 的运 动能力 嘲 。
凝 胶聚合 物 电解 质 ｆ Ｓ Ｅ Ｇ Ｐ ）是 加入 液体增塑 剂 后 形成 的一类 聚合 物 电解质 。其 中，高分子交联 形
～
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图３ Ｐ Ｏ一 盐 体 系 导 电 机 理 示 薏 图 Ｅ 锂