Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Solid-state podingskopolymeren Elektrolytter for litium batteri Applications

Published: August 12, 2013 doi: 10.3791/50067

Summary

Lithium ion-batterier benytter brennbare og flyktige organiske elektrolytter som er egnet for omgivelsestemperaturen applikasjoner. En tryggere alternativ til organiske elektrolytter er solid polymer batterier. Solid polymer batterier operere trygt ved høye temperaturer (> 120 ° C), og dermed gjør dem gjeldende for høye temperaturer som dyp oljeboring og hybrid elektriske biler. Denne oppgaven vil diskutere (a) polymeren syntesen, (b) polymeren konduksjon mekanisme, og (c) gi temperatursykluser for både fast polymer og organiske elektrolytter.

Abstract

Batteri sikkerhet har vært en meget viktig forskningsfelt det siste tiåret. Kommersielt tilgjengelige litium ion-batterier ansette lavt flammepunkt (<80 ° C), brannfarlig, og flyktige organiske elektrolytter. Disse organisk baserte elektrolytt systemer er levedyktig ved normale temperaturer, men krever et kjølesystem for å sikre at temperaturen ikke overstiger 80 ° C. Disse kjøling systemer har en tendens til å øke batteri kostnadene og kan funksjonsfeil som kan føre til funksjonsfeil i batteriet og eksplosjoner, og dermed fare for menneskeliv. Økninger i oljeprisene fører til et enormt behov for trygge, elektriske hybridbiler som er mer økonomisk forsvarlig å operere som oljeprisen fortsetter å stige. Eksisterende organisk baserte elektrolytter brukt i litium ion-batterier gjelder ikke for høy temperatur bilindustrien. En tryggere alternativ til organiske elektrolytter er solid polymer elektrolytt. Dette arbeidet vil markere syntese for en podingskopolymeren elektrolytt (GCE) poly (oxyethylene) metakrylat (POEM) til en blokk med en lavere glassomvandlingstemperatur (T g) poly (oksyetylen)-akrylat (POEA). Den ledning mekanismen har blitt diskutert og det har vært vist at forholdet mellom polymer segmental bevegelse og ionisk ledningsevne faktisk har en Vogel-Fulcher-Tammann (VTF) avhengighet. Batterier som inneholder kommersielt tilgjengelig LP30 organiske (LiPF 6 i etylenkarbonat (EC): dimetylkarbonat (DMC) i forholdet 1:1) og GCE ble syklet ved omgivelsestemperatur. Det ble funnet at ved omgivende temperatur, de batterier som inneholder GCE viser større overpotensial sammenlignet med LP30 elektrolytt. Men ved temperaturer høyere enn 60 ° C, utstilt GCE celle mye lavere overpotensial på grunn av rask polymer elektrolytt ledningsevne og nesten full teoretisk spesifikk kapasitet på 170 mAh / g ble åpnet.

Introduction

Litium (Li) er en svært elektropositiv metall (-3,04 V i forhold til standard hydrogenelektrode), og den letteste metallet (ekvivalent vekt av 6,94 g / mol og spesifikk vekt på 0,53 g / cm 3). Dette gjør det attraktivt som et valg for det aktive materialet i den negative elektroden og ideell for bærbare energi lagringsenheter hvor størrelse og vekt saken. Figur 1 viser at litium-baserte batterier (Li-ion, PLiON, og Li metall) har høyere energi tettheter enn en bly, nikkel-kadmium og nikkel-metall-hydrid batterier.

En full litiumbatteri består av en katode (positiv), en anode (negativ), en elektrolytt og en separator (figur 2). Både katoden og anoden er interkalering forbindelser, hvor Li-ioner kan intercalate eller de-intercalate reversibelt (dersom anoden er karbon, intercalates Li som nøytral Li). Elektrolytten gir ionisk ledningsevne og isolerer elektronic ledningsevne mellom elektrodene. Separatoren er gjennomtrengelig for ioner, men mekanisk stabile nok til å holde de to elektrodene fra kortslutter. Når cellen er i en fullt ladet tilstand alle Li har mellomlag i anoden, og når cellen er i en fullt utladet tilstand, alle av Li-ioner er mellomlag i katoden. I løpet av den spontane reaksjon, utlading elektronene flyter fra anoden til katoden gjennom en ekstern krets for å drive en enhet, mens de ioner flyte fra anoden til katoden gjennom elektrolytten. De ioner og elektroner rekombinere ved katoden for å opprettholde nøytralitet kostnad. Ved lading, vil vannstrømmen reverseres.

Mest Li-ion batteri utvikling hittil har fokusert på katoden materialer fordi de bestemmer energitettheten av batteriet i stedet for på elektrolytt, som har holdt seg stort sett den samme i flere tiår. Elektrolytten er en viktig del av batteriet siden det påvirker den generelle effekt kapasitet på grunn av impedance både gjennom elektrolytten i seg selv og ved elektrode-elektrolytt-grenseflater.

Den elektrolytt som brukes i Li-ion batterier generelt består av et salt av den type som LiX og et ikke-vandig løsningsmiddel. Sammenlignet med de vandige elektrolytter som benyttes i andre elektrokjemiske systemer, ulempene med Li-ion-elektrolytter er lavere ledningsevne, høyere kostnader, brennbarhet, og miljøproblemer. Fordelene inkluderer et bredt temperaturområde (over hvilke elektrolytten forblir en væske) fra -150 ° C til 300 ° C, et bredt spenningsområde vindu (opp til 5 V i forhold til Li / Li +), og bedre forenlighet med elektroder (vandig elektrolytt ville reagere voldsomt med Li metall og formen LiOH og hydrogen) 2, 3, 4-6.

De viktigste ikke-vandige elektrolytter som benyttes i batterier innbefatter organiske karbonat-baserte væsker, polymerer, ioniske væsker, og keramikk. Disse elektrolyttene må oppfylle visse standarder som skal brukes i praktisk Li-ion batteries. De omfatter en ledningsevne på minst 10 mS / cm, en stor elektrokjemisk vindu (> 4,5 V for høy spenning katoder), lavt damptrykk, god kjemisk og termisk stabilitet, lav toksisitet, og lave kostnader. For visse strenge anvendelser som for eksempel elektriske biler, må alle disse referanseverdier oppfylles over et bredt temperaturområde, typisk fra -20 ° C til 60 ° C. Siden fokus for dette arbeidet er på organisk og polymer elektrolytt, vil resten av denne artikkelen fokusere på disse elektrolyttene.

Karbonat-baserte elektrolytter består av et litiumsalt oppløst i et organisk oppløsningsmiddel. Det er imidlertid vanskelig for en hvilken som helst oppløsningsmiddel for å oppfylle alle de krav. For eksempel løsningsmidler med lavt damptrykk, slik som etylenkarbonat (EC) og propylenkarbonat (PC), en tendens til å ha høyere viskositeter, noe som fører til lavere ledningsevne. Også EC er et fast stoff ved romtemperatur, og dette krever at den skal kombineres med et annet oppløsningsmiddel. Vanligvis elektrolyttener en kombinasjon av flere oppløsningsmidler. De vanlige oppløsningsmidler og noen av deres fysiske egenskaper er angitt i tabell 1..

Navn Smelting Temperatur (° C) Kokende Temperatur (° C) Viskositet (mPa * s)
Dimetylkarbonat (DMC) 4.6 90 0,5902 (25 ° C)
Dietylkarbonat (DEC) -43 126.8 0,7529 (25 ° C)
Etylenkarbonat (EF) 36.5 238 1,9 (40 ° C)
Propylenkarbonat (PC) -54,53 242 2,512 (25 ° C)

Tabell 1. Vanlige Carbonate Løsemidler 7.

Tryggere varamedlemmer til organic elektrolytter polymer basert elektrolytter. Polymer elektrolytt er tynne-film, ikke-flyktige, ikke-brennbart, og deres fleksibilitet tillater dem å bli rullet og skrives ut på en stor kommersiell skala. Wright, et al. Først demonstrert ion ledningsevne i poly (etylenoksyd)-salt-komplekser (PEO) i 1973. Det ble senere oppdaget at sikkerheten bekymring forbundet med dendrite vekst på Li metall i flytende elektrolytt kunne løses ved hjelp av PEO-baserte solid polymer elektrolytt, som undertrykte veksten av dendritter 8-17. Det er tre hovedtyper av polymer elektrolytt: (1) løsemiddelfri tørr solid polymer, (2) gel elektrolytter, og (3) mykgjort polymer, med en løsemiddelfri tørr syntese brukes i vårt arbeid.

Denne oppgaven vil diskutere (a) løsningsmidlet fri tørr polymer-syntese, (b) polymeren konduksjon mekanisme, og (c) gi temperatursykluser for både fast polymer og organiske elektrolytter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

En. Podingskopolymeren Synthesis 18-19

  1. Syntetisere podede kopolymerer (POEM-g-PDMS og POEA-g-PDMS på 70:30 vektforhold) ved hjelp av en fri radikal polymerisasjons-metode ved å blande 26 ml av POEM (eller POEA) monomerer (figur 3), 12 ml av PDMS makromonomerer , og 12 mg av 2,2 '-Azobis (2-metylpropionitril) (AIBN) (monomer: initiator [825:1]) i 160 ml EA.
  2. Forsegl kolben inneholdende den klare oppløsningen med et gummi-septum og spyling med ultrahøy renhet argon i 45 min.
  3. Varm løsningen til 72 ° C (SHT har en spaltning på 3,2 x 10 -5 sek -1) i et olje-bad under konstant omrøring i 24 timer.
  4. Den i utgangspunktet klare løsning ble typisk synlig melkeaktig i løpet av 2 timer. Utfelle den endelige løsning i et vannublandbart løsningsmiddel, PE. Tørk polymeren ved 80 ° C under mindre enn 5 mTorr vakuum i 5 dager for å fjerne restfuktighet.
  5. Det ble funnet at hvis polymeren var not tørket riktig, høy fuktighet ville føre til sprekkdannelse når polymeren ble støpt til tynne filmer.
  6. Den endelige pode-kopolymer (vist i figur 4) hadde en molekylvekt på 500.000 g / mol ved hjelp av gelpermeasjonskromatografi med polystyren kalibrering standard.
  7. Kompleks den podede kopolymer med LiTFSI ved en Li: EO-forhold på 1:20 (1 g POEM-g-PDMS (70:30) med 170 mg av LiTFSI) i et felles oppløsningsmiddel av THF for å danne elektrolytten.

2. Utarbeidelse av Composite Cathode

  1. Syntetisere katoden ved blanding kulemalt LiFePO 4 pulvere (Linyi Gelon Ny batteri Materials) og sot (Super P), og oppløsning av blandingen i GCE løsning i et vektforhold på 05:01:01.
  2. Varm opp slurry til 80 ° C (open-cap) mens du blir rørt. Neste sonicate slurry ved magnetisk omrøring for å sikre riktig blanding. Doktor-bladet på aluminiumfolie ved en lasterampe faktor på 10 mg / cm 2 tilaluminium-folie for å sikre bedre laminering til aluminium.
  3. Tørk det sammensatte katode i en vakuumovn ved 80 ° CO / N for å fjerne rest-THF og fuktighet.

3. Coin Cell Forberedelse og testing

  1. Transportere kompositt katode i en argon-fylt hanskerom, og punsj i små plater (areal = 1,4 cm 2) med en høy presisjon elektrode cutter EL-CUT (EL-CELL). Drop kastet ren GCE-løsning (Dikt-g-PDMS, LiTFSI, begge oppløst i THF) på elektroden plater for å danne elektrolytt lag.
  2. Varm den endelige katode-elektrolytt-plater på en varm plate inne i hanskerommet med et duggpunkt på -80 ° C for å fordampe THF, og montere inn CR2032 mynt celler sammen med like store GCE-belagte metallisk litium-plater (Sigma-Aldrich, 0,75 mm tykk) med en manuell lukking verktøy (Hohsen). Cellen skjematisk er vist i figur 5, hvor de grå partiklene representerer fire LiFePO, den svarte partikler repmisliker karbon, den blå "spaghetti" representerer GCE, og anoden er litium metall.
  3. Montere et andre sett av celler som består av de samme LiFePO 4 pulver og litium metallanode, men i stedet bruke PVDF bindemiddelharpiks (Kynar), PVDF separator (Celgard), og flytende elektrolytt av 1M LiPF 6 i EF: DMC lik 1:1 ratio (LP30, Merck), ved å sammenligne resultatene.
  4. All montering ble gjort i et hanskerom med et duggpunkt på -80 ° C. En 32-kanals MACCOR 4000 batteritester ble brukt til sykling tester ved romtemperatur.

4. Polymer Ledning Mechanism

  1. De PEO segmental bevegelser er vanligvis forbundet med vridning rundt CC og CO obligasjoner. Den semi-tilfeldig segmental bevegelse bistår ion conduction ved å danne og bryte koordinering nettsteder for solvaterte ioner og gir gratis volum for ionene til diffuse under påvirkning av det elektriske feltet. Utbruddet av segmental bevegelse oppstår i vicinity av den glassovergangstemperatur, T g, og blir mer lettvinte som temperaturen øker ytterligere utover T g. Ved høyere temperaturer, er lokale tomrom produsert av polymer ekspansjon, slik at polymer-segmentene til å bevege seg inn i det frie volum 19..
  2. Siden segmental bevegelse er langt raskere i den amorfe fase over T g enn i den krystallinske fase, oppstår ion transport i polymeren hovedsakelig i amorf fase. Imidlertid har nylig Li + ledningsevne i krystallinsk (PEO) 6: ble LiAsF 6 viste, selv om ledningsevnen er mer enn to størrelsesordener lavere enn i amorf PEO. Det krystallinske eller amorfe fase av PEO / salt-kompleks avhenger av sammensetningen, temperaturen, og fremstillingsmetode 20-22.
  3. I motsetning til i væske, hvor ionene bevege seg med sin væske kappe intakt og transport er relatert til viskositeten til makroskopiskoppløsningsmiddel, i fast polymer, hvor polymerkjedene er stadig viklet og kan ikke bevege seg over lange avstander, er det ion transport relatert til den mikroskopiske viskositet av segmentene i polymerkjedene. Transporten av ioner langs polymerkjeder trenger for å overvinne to aktiverings barrierer, som begge er vist i figur 6 og 7. Den ene er solvatisering av ionene ved det koordinerende EO-enheter. Denne prosess involverer forming og nedkobling av kjemiske bindinger, har Arrhenius avhengighet, og ledningsevnen er gitt av
    σ A (E a / kT)
    hvor σ er ledningsevnen, A er en konstant, og e er et aktiveringsenergien forbundet med båndene. Fordi ioner må distansere seg fra de koordinering sider for å bevege seg i fast polymer, hvis obligasjonene er for sterk, kationene blitt immobile. De kation-polymer obligasjoner må være sterke nok til salt oppløsning, men svak nok to mulighet for kation mobilitet.
  4. Transporten av ioner er fra ett område til et annet koordinasjon. Denne prosessen er relatert til segmental bevegelse av polymeren, har Vogel-Fulcher-Tammann (VTF) avhengighet 22-25, og ledningsevnen er der T0 er en referansetemperatur vanligvis valgt til å være 50 K under T g. Denne ligningen viser at termisk bevegelse over T 0 bidrar til å transportere prosess, og raskere bevegelse ventes for polymer med lav T g. Den VTF prosessen er knyttet til T g, således hastighetsbegrensende ved lave temperaturer. Ved høye temperaturer, blir segmental bevegelse lettvinte nok til at den Arrhenius prosessen blir hastighetsbegrensende.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Romtemperaturen celle sykling ytelse er vist i figur 8.. Den venstre Plottet viser lade opp og lade profiler av celler med konvensjonelle flytende elektrolytt (LP30) ved 15 mA / g, og GCE / bindemiddel på 10 mA / g. Figur 9 viser utladning spenning profiler av den faste polymeren celler ved romtemperatur 60 ° C, og 120 ° C ved hjelp av en lav strøm på 0,05 C. De utladning spenning-profiler som funksjoner av spesifikk kapasitet er vist i figur 10, hvor utladningsstrømmen er i μA og merket ved siden av utslippet kurven. Figur 10 viser dårlig sats evne ved romtemperatur, og mye bedre sats evne ved forhøyede temperaturer. De energi tettheter (integrere utslipp spenning med hensyn til spesifikk kapasitet) på ulike effekttetthet (multiplisere konstant strøm med utslipp spenning) er vist i Ragone plot i figur 11 for de ulike temperatures.

Figur 1
Figur 1. Energi tettheter for ulike batterier 1.

Figur 2
Figur 2. En full lithium-ion celle under utlading.

Figur 3
Figur 3. DIKT og PDMS.

Figur 4
Figur 4. Den syntetiserte podingskopolymeren.

Figur 5
Figur 5. Skjematisk fremstilling av et solid polymerlithium batteri.

Figur 6
Figur 6. Bidrag til ion mobilitet opp> 18 år.

Figur 7
Figur 7. Ledningsevne POEM og POEA ved forskjellige temperaturer.

Figur 8
Figur 8. Room Temperature Sykling 26.

Figur 9
Figur 9. Utslipp spenning profiler ved forskjellige temperaturer. Klikk her for å se større figur .

Figur 10
Figur 10. Utslipp rate evne ved forskjellige temperaturer.m/files/ftp_upload/50067/50067fig10large.jpg "target =" _blank "> Klikk her for å se større figur.

Figur 11
Figur 11. Ragone tomt for polymer og flytende elektrolytt batterier ved forskjellig temperatur 26.

Tabell 1. Vanlige Carbonate løsemidler.

Liste over akronymer

2,2 '-Azobis (2-metylpropionitril) (AIBN)
Podingskopolymeren elektrolytt (GCE)
Dietylkarbonat (DEC)
Dimetylkarbonat (DMC)
Etylenoksid (EO)
Etylenkarbonat (EF)
Etylacetat (EA)
Glasstemperatur (T g)
Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6)
LP30 (LiPF seks i EU: DMC i forholdet 1:1)
Litium jern fosfat (LiFePO 4)

Lithium Hexafluoroarsenate (LiAsF 6)

Lithium bis (trifluoromethane) sulfonamid (LiTFSI)
Petroleter (PE)
Polydimethylsiloxane (PDMS)
Poly (oksyetylen) methacrylate (Dikt)
Poly (oksyetylen) akrylat (POEA)
Propylenkarbonat (PC)
Polyvinyl difluoride (PVDF)
Tetrahydrofuran (THF)
Vogel-Tammann-Fulcher (VTF)

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De LiFePO 4 / GCE / Li kurver vise større overpotensial enn LiFePO 4 / LP30/Li kurver på både ladning og utladning. Siden GCE brukes som både elektrolytt og bindemiddel, blir ion overledning tilgjengelig til alle av katoden partikler, og nesten hele praktisk spesifikk kapasitet (150 mAh / g) var tilgjengelig. Den teoretiske spesifikk kapasitet på 170 mAh / g oppnås ikke siden det er begrenset av lithium diffusjon innenfor LiFePO fire partikler, som er lav i romtemperatur. De sykling kapasiteter for de første 50 dype sykluser er vist i riktig plot. De virkningsgrader løpet av de første fem syklusene er lavt (stort lading / utlading kapasitet ratio), muligens på grunn av den reversible kapasitet tap knyttet til dannelsen av et passiveringslag på litiumanode. Den passivering film kan resultere fra reaksjon mellom litiummetall og gjenværende THF oppløsningsmiddel av CF-SO 3 3 - anioner, som er kjent for å produsere LiF arter.

På begge 60 ° C og 120 ° C, oppviser cellen lavt overpotensial på grunn av rask polymerelektrolytt ledningsevne, og nesten den fulle teoretisk spesifikk kapasitet kan nås. Full Rate evne test av den faste polymeren celler ble også utført ved disse tre temperaturer. Ved hver temperatur, ble cellene ladet ved en konstant strøm på 0,05 C (eller 25 W / kg vurderer katoden lasting massetettheten) og blåses ut ved høyere strømmer. Friske celler ble benyttet for hver utladningsstrømmen for å isolere effekten av kapasiteten svekkes. Satsen evne test av en celle med kommersiell flytende elektrolytt (LP30) ble også utført ved romtemperatur. De energi-tettheter (integrere utslipp spenning med hensyn på spesifikk kapasitet) ved forskjellige effekttetthet (multiplisere konstant strøm med utslipp spenning) er vist i den Ragone plottet i figur 11 for de forskjellige temperaturer. Figur 11 reflekterer tradeoff mellom energitetthet og effekttetthet. Ved store strømmer blir cellens ytelse begrenset diffusjon, og cellen vil synke. For de LP30-baserte celler, ble bare romtemperert data samles inn. I tilfelle av de GCE-baserte celler, ytelse nær 60 ° C er av spesiell interesse siden denne temperaturen er i området fra smeltepunktet for PEO. Som indikert i figur 11 ved romtemperatur energi tettheter av GCE og LP30-baserte celler er sammenlignbar ved lav effekt. Som strømtettheten blir økt fra 25 til 50 W / kg, energitettheten i GCE-baserte celler faller drastisk. Imidlertid ved forhøyede temperaturer (> 60 ° C), er reduksjonen i energitetthet på GCE-baserte celler med økende strømtetthet vesentlig mindre på grunn av den høyere mobilitet av PEO-kjeder. Over 60 ° C, ytelsen til GCE-basert celle blir mindre avhengig av temperatur og sammenlignes med rom-temperatur ytelseav flytende elektrolytt-baserte celler.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen interessekonflikter erklært.

Acknowledgments

Forfatterne ønsker å takke Weatherford International for å gi økonomisk støtte.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
POEM Sigma Aldrich 26915-72-0  
POEA Sigma Aldrich 32171-39-4  
LiTFSI Sigma Aldrich 90076-65-6  
AIBN Sigma Aldrich 78-67-1  
EA Sigma Aldrich 141-78-6  
THF Sigma Aldrich 109-99-9  
PDMS Gelest 146632-07-7  
Argon Gas Air Gas Ultra high purity (Grade 5)
PE Sigma Aldrich 8032-32-4  
LiFePO4 Gelon  
Carbon black SuperP Super P
Lithium metal Alfa Aesar 7439-93-2  
PVDF binder resin Kynar Kynar
PVDF Separator Celgard  
LP30 Merck LiPF6 in EC:DMC
MACCOR battery tester MACCOR  
El-Cut EL-CELL  

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Tarascon, J. M., Armand, M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries. Nature. 414 (6861), 359-367 (2001).
  2. Scrosati, B., Hassoun, J., Sun, Y. Lithium-ion batteries. A look into the future. Energy Environ. Sci. 4 (9), 3287-3295 (2011).
  3. Goodenough, J. B., Kim, Y. Challenges for rechargeable batteries. J. Power Sources. 196 (16), 6688-6694 (2011).
  4. Wang, Y., He, P., Zhou, H. Olivine LiFePO4: development and future. Energy Environ. Sci. 4 (3), 805-817 (2011).
  5. Bruce, P. G., Scrosati, B., Tarason, J. Nanomaterials for rechargeable lithium batteries. Angew. Chem. 47 (16), 2930-2946 (2008).
  6. Choi, N., Yao, Y., Cui, Y., Cho, J. One dimensional Si/Sn - based nanowires and nanotubes for lithium-ion energy storage materials. J. Mater. Chem. 21 (27), 9825-9840 (2011).
  7. Jeong, G., Kim, Y. U., Kim, H., Kim, Y. J., Sohn, H. J. Prospective materials and applications for Li secondary batteries. Energy Environ. Sci. 4 (6), 1986-2002 (2011).
  8. Walker, C. W., Salomon, M. Improvement of ionic conductivity in plasticized PEO-Based solid polymer electrolytes. J. Electrochem. Soc. 140 (12), 3409-3412 (1993).
  9. Daniels, C., Besenhard, J. O. Handbook of battery materials. , Wiley-VCH GmbH & Co. Weinheim. (2011).
  10. Bard, A. J., Faulkner, L. R. Electrochemical methods: fundamentals and applications. , 2nd, John Wiley and sons. New York. 864 (2001).
  11. Newman, J., Thomas-Alyea, K. Electrochemical systems. , Wiley-Interscience. Hoboken. 672 (2004).
  12. Zu, C., Li, H. Thermodynamic analysis on energy densities of batteries. Energy Environ. Sci. 4 (8), 2614-2624 (2011).
  13. Balbuena, P., Wang, Y. Lithium-ion Batteries: solid-electrolyte interphase. , Imperial College Press. London. (2004).
  14. Appetecchi, G. B., Scaccia, S., Passerini, S. Investigation on the Stability of the Lithium-Polymer Electrolyte Interface. J. Electrochem. Soc. 147 (12), 4448-4452 (2000).
  15. Bruce, P. G., Krok, F. Characterisation of the electrode/electrolyte interfaces in cells of the type Li/PEO LiCF3SO3/V6O13 by ac impedance methods. Solid State Ionics. 36 (3-4), 171-174 (1989).
  16. Huggins, R. Energy Storage. , Springer. New York. 400 (2010).
  17. Lee, S., Schömer, M., Peng, H., Page, K. A., Wilms, D., Frey, H., Soles, C. L., Yoon, D. Y. Correlations between ion conductivity and polymer dynamics in hyperbranched poly(ethylene oxide) llectrolytes for lithium-ion batteries. Chem. Mater. 23 (11), 2685-2688 (2011).
  18. Trapa, P. E., Reyes, A. B., Das Gupta, R. S., Mayes, A. M., Sadoway, D. R. Polarization in cells containing single-ion graft copolymer electrolytes. J. Electrochem. Soc. 153 (6), 1098-1101 (2006).
  19. Trapa, P. E., Won, Y. Y., Mui, S. C., Olivetti, E. A., Huang, B., Sadoway, D. R., Mayes, A. M., Dallek, S. Rubbery graft copolymer electrolytes for solid-state thin-film lithium batteries. J. Electrochem. Soc. 152 (1), A1-A5 (2005).
  20. Walker, C. W., Salomon, M. Improvement of ionic conductivity in plasticized peo-based solid polymer electrolytes. J. Electrochem. Soc. 140 (12), 3409-3412 (1993).
  21. Bard, A. J., Faulkner, L. R. Electrochemical methods: fundamentals and applications. , 2nd, John Wiley and sons. New York. 864 (2001).
  22. Michnick, R. B., Rhoads, K. G., Sadoway, D. R. Relative dielectric constant measurements in the butyronitrile-chloroethane system at subambient temperatures. J. Electrochem. Soc. 144 (7), 2392-2398 (1997).
  23. Orazem, M. E., Tribollet, B. Electrochemical impedance spectroscopy. , John Wiley & Sons. Hoboken. (2008).
  24. Cogger, N. D., Evans, N. J. An introduction to electrochemical impedance measurement. Technical Note, Solartron Analytical Technical Report. No. 6, Available for download at: http://www.solartronanalytical.com/Literature/Technical-Notes.aspx (1999).
  25. Marzantowiz, M., Dygas, J. R., Krok, F. Impedance of interface between PEO:LiTFSI polymer electrolyte and blocking electrodes. Electrochim. Acta. 53 (25), 7417-7425 (2008).
  26. Clarson, S. J., Semlyen, J. A. Studies of cyclic and linear poly(dimethyl-siloxanes): 21. high temperature thermal behavior. Polymer. 27 (1), 91-95 (1986).

Tags

Materials Science fysikk kjemi kjemi kjemi og materialvitenskap Engineering litium batterier Polymer Elektrolytter Polyetylen oksid podingskopolymeren LiFePO Synthesis polymerer
Solid-state podingskopolymeren Elektrolytter for litium batteri Applications
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hu, Q., Caputo, A., Sadoway, D. R.More

Hu, Q., Caputo, A., Sadoway, D. R. Solid-state Graft Copolymer Electrolytes for Lithium Battery Applications. J. Vis. Exp. (78), e50067, doi:10.3791/50067 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter