锂离子电池凝胶聚合物隔膜的研究进展

doi:10.3866/PKU.WHXB201704281

Abstract

Abstract:

An important component in lithium-ion batteries, the separator consists of porous polyolefin polymeric materials; the corresponding electrolyte is a liquid one composed of organic carbonate solvents and lithium hexafluorophosphate. Although the liquid electrolyte shows high lithium ion conductivity, its flammability poses a risk to the lithium-ion battery. A gel polymer separator prepared from a polymer that can gel the liquid electrolyte combines the advantages of high conductivity of the liquid electrolyte system and the safety of the solid electrolyte. Examples include the simple microporous gel polymer separator, the gel polymer separator doped with a small amount of nano-inorganic particles, and the gel ceramic separator with a large amount of nanoparticles. In this review, the physical and chemical properties of these gel polymer separators and development trends of gel polymer separators are discussed in detail.

Key words: Lithium-ion battery, Microporous gel polymer separator, Doped gel polymer separator, Gel ceramic separator

You-Hao LIAO,Wei-Shan LI. Research Progresses on Gel Polymer Separators for Lithium-Ion Batteries[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33(8), 1533-1547. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704281

References

1	Xiang Y. ; Li J. ; Lei J. ; Liu D. ; Xie Z. ; Qu D. ; Li K. ; Deng T. ; Tang H. ChemSusChem 2016, 9, 3023.
2	Mizushima K. ; Jones P. C. ; Wiseman P. J. ; Goodenough J. B. Mater.Res. Bull. 1980, 15, 783.
3	Liao Y. H. ; Park K. S. ; Singh P. ; Li W. S. ; Goodenough J. B. J.Power Sources 2014, 245, 27.
4	Lin H. B. ; Huang W. Z. ; Rong H. B. ; Hu J. N. ; Mai S. W. ; Xing L.D. ; Xu M. Q. ; Li X. P. ; Li W. S. J.Power Sources 2015, 287, 276.
5	Lin H. B. ; Hu J. N. ; Rong H. B. ; Zhang Y. M. ; Mai S. W. ; Xing L.D. ; Xu M. Q. ; Li X. P. ; Li W. S. J.Mater. Chem. A 2014, 2, 9272.
6	Cai Z. P. ; Liang Y. ; Li W. S. ; Xing L. D. ; Liao Y. H. J.Power Sources 2009, 189, 547.
7	Xue L. ; Li X. P. ; Liao Y. H. ; Xing L. D. ; Xu M. Q. ; Li W. S. J.SolidState Electrochem. 2015, 19, 569.
8	Xue L. ; Liao Y. H. ; Yang L. ; Li X. P. ; Li W. S. Ionics 2015, 21, 1269.
9	Lin H. B. ; Zhang Y. M. ; Rong H. B. ; Mai S. W. ; Hu J. N. ; Liao Y.H. ; Xing L. D. ; Xu M. Q. ; Li X. P. ; Li W. S. J.Mater. Chem. A 2014, 2, 11987.
10	Chen M. ; Chen D. R. ; Liao Y. H. ; Zhong X. X. ; Li W. S. ; Zhang Y. G. ACS Appl. Mater. Inter. 2016, 8, 4575.
11	Chen D. R. ; Tu W. Q. ; Chen M. ; Hong P. B. ; Zhong X. X. ; Zhu Y. M. ; Yu Q. P. ; Li W. S. Electrochim. Acta 2016, 193, 45.
12	Chen M. ; Xiang X. D. ; Chen D. R. ; Liao Y. H. ; Huang Q. M. ; Li W. S. J.Power Sources 2015, 279, 197.
13	Chen D. R. ; Yu Q. P. ; Xiang X. D. ; Chen M. ; Wang X. S. ; Chen Z. T. ; Song S. ; Xiong L. W. ; Liao Y. H. ; Xing L. D. ; Li W. S. Electrochim. Acta 2015, 154, 83.
14	Yi J. ; Li X. P. ; Hu S. J. ; Li W. S. ; Zhou L. ; Xu M. Q. ; Lei J.F. ; Hao L. S. J.Power Sources 2011, 196, 6670.
15	Xia P. ; Lin H. B. ; Tu W. Q. ; Chen X. Q. ; Cai X. ; Zheng X.W. ; Xu M. Q. ; Li W. S. Electrochim. Acta 2016, 198, 66.
16	Cai X. ; Lin H. B. ; Zeng X. W. ; Chen X. Q. ; Xia P. ; Zhong X.X. ; Li X. P. ; Li W. S. Electrochim. Acta 2016, 191, 767.
17	Chen X. Q. ; Lin H. B. ; Zheng X. W. ; Cai X. ; Xia P. ; Zhu Y.M. ; Li X. P. ; Li W. S. J.Mater. Chem. A 2015, 3, 18198.
18	Wang Y. ; Liao Y. H. ; Li B. Z. ; Liu Y. L. ; Li W. S. ; Tang X.W. ; Li X. F. Ionics 2015, 21, 1539.
19	Lei J. F. ; Du K. ; Wei R. H. ; Zhang S. F. ; Ni J. ; Li W. S. Mater. Lett. 2014, 133, 163.
20	Lin H. B. ; Rong H. B. ; Huang W. Z. ; Liao Y. H. ; Xing L. D. ; Xu M. Q. ; Li X. P. ; Li W. S. J.Mater. Chem. A 2014, 2, 14189.
21	Wu C. Y. ; Li X. P. ; Li W. S. ; Li B. ; Wang Y. Q. ; Wang Y. T. ; Xu M. Q. ; Xing L. D. J.Power Sources 2014, 251, 85.
22	Wang Y. ; Rong H. B. ; Li B. Z. ; Xing L. D. ; Li X. P. ; Li W. S. J.Power Sources 2014, 246, 213.
23	Lei J. F. ; Li W. S. ; Li X. P. ; Cairns E. J. J.Mater. Chem. 2012, 22, 22022.
24	Lee H. ; Yanilmaz M. ; Toprakci O. ; Fu K. ; Zhang X. EnergyEnviron. Sci. 2014, 7, 3857.
25	Arora P. ; Zhang Z. Chem. Rev. 2004, 104, 4419.
26	Zhou D. Y. ; Wang G. Z. ; Li W. S. ; Li G. L. ; Tan C. L. ; Rao M. M. ; Liao Y. H. J.Power Sources 2008, 184, 477.
27	Liao Y. H. ; Zhou D. Y. ; Rao M. M. ; Li W. S. ; Cai Z. P. ; Liang Y. ; Tan C. L. J.Power Sources 2009, 189, 139.
28	Rao M. M. ; Geng X. Y. ; Liao Y. H. ; Hu S. J. ; Li W. S. J. Membrane Sci. 2012, 399-400, 37.
29	Ding Y. C. ; Hou H. Q. ; Zhao Y. ; Zhu Z. T. ; Fong H. Prog.Polym. Sci. 2016, 61, 67.
30	Lin D. C. ; Zhuo D. ; Liu Y. Y. ; Cui Y. J.Am. Chem. Soc. 2016, 138, 11044.
31	Miao Y. E. ; Zhu G. N. ; Hou H. Q. ; Xia Y. Y. ; Liu T. X. J.Power Sources 2013, 226, 82.
32	Wang Q. J. ; Song W. L. ; Wang L. N. ; Song Y. ; Shi Q. ; Fan L.Z. Electrochim. Acta 2014, 132, 538.
33	Cao L. Y. ; An P. ; Xu Z. W. ; Huang J. F. J.Electroanal. Chem. 2016, 767, 34.
34	Jiang W. ; Liu Z. H. ; Kong Q. S. ; Yao J. H. ; Zhang C. J. ; Han P. X. ; Cui G. L. Solid State Ionics 2013, 232, 44.
35	Lu L. ; Zuo X. X. ; Li W. S. ; Liu J. S. ; Xu M. Q. Acta Chim.Sin. 2007, 65, 475.
35	卢雷; 左晓希; 李伟善; 刘建生; 许梦清. 化学学报, 2007, 65, 475.
36	Lu L. ; Zuo X. X. ; Li W. S. ; Liu J. S. Chinese J. Power Sources 2008, 32, 30.
36	卢雷; 左晓希; 李伟善; 刘建生. 电源技术, 2008, 32, 30.
37	Rao M. M. ; Liu J. S. ; Li W. S. ; Liang Y. ; Zhou D. Y. J. Membrane Sci. 2008, 322, 314.
38	Fu Z. ; Feng H. L. ; Sun C. J. ; Xiang X. D. ; Wu W. ; Luo J. C. ; Hu Q. P. ; Feng A. B. ; Li W. S. J.Solid State Electrochem. 2013, 17, 2167.
39	Chen T. T. ; Liao Y. H. ; Yang L. ; Li X. P. ; Li W. S. Ionics 2015, 21, 2457.
40	Luo X. Y. ; Liao Y. H. ; Xie H. L. ; Huang Q. M. ; Li W. S. Ionics 2016, 22, 1035.
41	Chen T. T. ; Liao Y. H. ; Wang X. S. ; Luo X. Y. ; Li X. P. ; Li W.S. Electrochim. Acta 2016, 191, 923.
42	Luo X. Y. ; Liao Y. H. ; Xie H. L. ; Zhu Y. M. ; Huang Q. M. ; Li W. S. Electrochim. Acta 2016, 220, 47.
43	Sun P. ; Liao Y. H. ; Xie H. L. ; Chen T. T. ; Rao M. M. ; Li W.S. J. Power Sources 2014, 269, 299.
44	Chen L. ; Rao M. M. ; Li W. S. ; Xu M. Q. ; Liao Y. H. ; Tan C.L. ; Yi J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 1689.
44	陈朗; 饶睦敏; 李伟善; 许梦清; 廖友好; 谭春林; 易金. 物理化学学报, 2011, 27, 1689.
45	Liu J. S. ; Li W. S. ; Zuo X. X. ; Liu S. Q. ; Li Z. J.Power Sources 2013, 226, 101.
46	Han M. ; Kim D. W. ; Kim Y. C. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 26073.
47	Shi C. ; Zhang P. ; Huang S. H. ; He X. Y. ; Yang P. T. ; Wu D.Z. ; Sun D. H. ; Zhao J. B. J.Power Sources 2015, 298, 158.
48	Liang X. X. ; Yang Y. ; Jin X. ; Cheng J. J. Mater. Sci. Technol. 2015, 32, 200.
49	Chen W. Y. ; Liu Y. B. ; Ma Y. ; Liu J. Z. ; Liu X. R. Mater. Lett. 2014, 133, 67.
50	Wu D. Z. ; Shi C. ; Huang S. H. ; Qiu X. H. ; Wang H. ; Zhan Z. ; Zhang P. ; Zhao J. B. ; Sun D. H. ; Lin L. W. Electrochim. Acta 2015, 176, 727.
51	Song M. K. ; Kim Y. T. ; Cho J. Y. ; Cho B. W. ; Popov B. N. ; Rhee H. W. J.Power Sources 2004, 125, 10.
52	Wu D. Z. ; He J. L. ; Zhang M. Z. ; Ni P. H. ; Li X. F. ; Hu J. K. J.Power Sources 2015, 290, 53.
53	Li X. P. ; Rao M. M. ; Liao Y. H. ; Li W. S. ; Xu M. Q. J.Appl.Electrochem. 2010, 40, 2185.
54	Rao M. M. ; Liu J. S. ; Li W. S. ; Liang Y. ; Liao Y. H. J.Power Sources 2009, 189, 711.
55	Shi C. ; Dai J. H. ; Huang S. H. ; Li C. ; Shen X. ; Zhang P. ; Wu D. Z. ; Sun D. H. ; Zhao J. B. J.Membrane Sci. 2016, 518, 168.
56	Zhai Y. Y. ; Xiao K. ; Yu J. Y. ; Ding B. J.Power Sources 2016, 325, 292.
57	He H. L. ; Wang X. B. ; Liu W. J.Solid State Ionics 2016, 294, 31.
58	Park S. ; Son C. W. ; Lee S. ; Kim D. Y. ; Park C. ; Eom K. S. ; Fuller T. F. ; Joh H.I. ; Jo S. M. Sci. Rep. 2016, 6, 36977.
59	Liao Y. H. ; Rao M. M. ; Li W. S. ; Yang L. T. ; Zhu B. K. ; Xu R. ; Fu C. H. J.Membrane Sci. 2010, 352, 95.
60	Liao Y. H. ; Rao M. M. ; Li W. S. ; Tan C. L. ; Yi J. ; Chen L. Electrochim. Acta 2009, 54, 6396.
61	Kurc B. Electrochim. Acta 2016, 190, 780.
62	Liang X. X. ; Yang Y. ; Jin X. ; Huang Z. H. ; Kang F. Y. J.Membr. Sci. 2015, 493, 1.
63	Rao M. M. ; Liu J. S. ; Li W. S. ; Liao Y. H. ; Liang Y. ; Zhao L.Z. J.Solid State Electrochem. 2010, 191, 255.
64	Xie H. L. ; Liao Y. H. ; Sun P. ; Chen T. T. ; Rao M. M. ; Li W.S. Electrochim. Acta 2014, 127, 327.
65	Li Z. H. ; Chen T. T. ; Liao Y. H. Ionics 2015, 21, 2763.
66	Sun P. ; Liao Y. H. ; Luo X. Y. ; Li Z. H. ; Chen T. T. ; Xing L.D. ; Li W. S. RSC Adv. 2015, 5, 64368.
67	Liao Y. H. ; Chen T. T. ; Luo X. Y. ; Fu Z. ; Li X. P. ; Li W. S. J.Membrane Sci. 2016, 507, 26.
68	Liao Y. H. ; Li X. P. ; Fu C. H. ; Xu R. ; Zhou L. ; Tan C. L. ; Hu S. J. ; Li W. S. J.Power Sources 2011, 196, 2115.
69	Liao Y. H. ; Li X. P. ; Fu C. H. ; Xu R. ; Rao M. M. ; Zhou L. ; Hu S. J. ; Li W. S. J.Power Sources 2011, 196, 6723.
70	Liao Y. H. ; Sun C. J. ; Hu S. J. ; Li W. S. Electrochim. Acta 2013, 89, 461.
71	Wang H. ; Gao H. P. Electrochim. Acta 2016, 215, 525.
72	Chen W. Y. ; Liu Y. B. ; Ma Y. ; Yang W. X. J.Power Sources 2015, 273, 1127.
73	Rao M. M. ; Li X. G. ; Liao Y. H. ; Li X. P. ; Li W. S. Ionics 2015, 21, 1937.
74	Shi C. ; Dai J. H. ; Shen X. ; Peng L. Q. ; Li C. ; Wang X. ; Zhang P. ; Zhao J. B. J.Membr. Sci. 2016, 517, 91.
75	Chen W. J. ; Shi L. Y. ; Zhou H. L. ; Zhu J. F. ; Wang Z. Y. ; Mao X. F. ; Chi M. M. ; Sun L. N. ; Yuan S. ACS Sustainable Chem.Eng. 2016, 4, 3794.
76	He M. N. ; Zhang X. J. ; Jiang K. Y. ; Wang J. ; Wang Y. ACSAppl. Mater. Interfaces 2015, 7, 738.
77	http://www.gg-lb.com/asdisp2-65b095fb-27338-.html (accessedMar. 31, 2017)
78	http://www.gg-lb.com/asdisp2-65b095fb-26988-.html (accessedMar. 7, 2017)
79	http://www.gg-lb.com/asdisp2-65b095fb-27311-.html (accessedMar. 29, 2017)
80	http://www.gg-lb.com/asdisp2-65b095fb-27346-.html (accessedMar. 31, 2017)
81	http://www.gg-lb.com/asdisp2-65b095fb-24431-.html (accessedSep. 9, 2016)
82	Li Z. H. ; Li X. G. ; Liao Y. H. ; Li X. P. ; Li W. S. J.Power Sources 2016, 334, 23.
83	Li X. G. ; Rao M. M. ; Li W. S. J.Solid State Electrochem. 2016, 20, 153.
84	Li X. G. ; Rao M. M. ; Lin H. B. ; Chen D. R. ; Liu Y. L. ; Liu S.Z. ; Liao Y. H. ; Xing L. D. ; Xu M. Q. ; Li W. S. J.Mater. Chem.A 2015, 3, 18098.
85	Li X. G. ; Rao M. M. ; Chen D. R. ; Lin H. B. ; Liu Y. L. ; Liao Y. H. ; Xing L. D. ; Li W. S. Electrochim. Acta 2015, 166, 93.
86	Geng X. Y. ; Rao M. M. ; Li X. P. ; Li W. S. J.Solid State Electrochem. 2013, 17, 987.
87	Rao M. M. ; Geng X. Y. ; Li X. P. ; Hu S. J. ; Li W. S. J.Power Sources 2012, 212, 179.
88	Geng X. Y. ; Liao Y. H. ; Rao M. M. ; Li X. P. ; Li W. S. Ionics 2015, 21, 645.
89	Liao Y. H. ; Park K. S. ; Xiao P. H. ; Henkelman G. ; Li W. S. ; Goodenough J. B. Chem. Mater. 2013, 25, 1699.

[1]	Hangyu Lu, Ruilin Hou, Shiyong Chu, Haoshen Zhou, Shaohua Guo. Progress on Modification Strategies of Layered Lithium-Rich Cathode Materials for High Energy Lithium-Ion Batteries [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2023, 39(7): 2211057-0.
[2]	Ru Wang, Zhikang Liu, Chao Yan, Long Qie, Yunhui Huang. Interface Strengthening of Composite Current Collectors for High-Safety Lithium-Ion Batteries [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2023, 39(2): 2203043-0.
[3]	Siying Zhu, Huiyang Li, Zhongli Hu, Qiaobao Zhang, Jinbao Zhao, Li Zhang. Research Progresses on Structural Optimization and Interfacial Modification of Silicon Monoxide Anode for Lithium-Ion Battery [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(6): 2103052-.
[4]	Yue Yang, Jiawei Zhu, Pengyan Wang, Haimi Liu, Weihao Zeng, Lei Chen, Zhixiang Chen, Shichun Mu. NH₂-MIL-125 (Ti) Derived Flower-Like Fine TiO₂ Nanoparticles Implanted in N-doped Porous Carbon as an Anode with High Activity and Long Cycle Life for Lithium-Ion Batteries [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(6): 2106002-.
[5]	Ying Mo, Kuikui Xiao, Jianfang Wu, Hui Liu, Aiping Hu, Peng Gao, Jilei Liu. Lithium-Ion Battery Separator: Functional Modification and Characterization [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(6): 2107030-.
[6]	Xuewei Liu, Ying Niu, Ruixiong Cao, Xiaohong Chen, Hongyan Shang, Huaihe Song. Is there a Demand of Conducting Agent of Acetylene Black for Graphene-Wrapped Natural Spherical Graphite as Anode Material for Lithium-Ion Batteries? [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(2): 2012062-.
[7]	Yaokun Ye, Zongxiang Hu, Jiahua Liu, Weicheng Lin, Taowen Chen, Jiaxin Zheng, Feng Pan. Research Progress of Theoretical Studies on Polarons in Cathode Materials of Lithium-Ion Batteries [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2021, 37(11): 2011003-.
[8]	Huifang An, Li Jiang, Feng Li, Ping Wu, Xiaoshu Zhu, Shaohua Wei, Yiming Zhou. Hydrogel-Derived Three-Dimensional Porous Si-CNT@G Nanocomposite with High-Performance Lithium Storage [J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(7): 1905034-.
[9]	Chao Li, Ming Shen, Bingwen Hu. Solid-State NMR and EPR Methods for Metal Ion Battery Research [J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(4): 1902019-.
[10]	Kun Liu, Yao Liu, Haifeng Zhu, Xiaoli Dong, Yonggang Wang, Congxiao Wang, Yongyao Xia. NaTiSi₂O₆/C Composite as a Novel Anode Material for Lithium-Ion Batteries [J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(11): 1912030-.
[11]	Lei. HE,Jun-Min. XU,Yong-Jian. WANG,Chang-Jin. ZHANG. LiFePO₄-Coated Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂ as Cathode Materials with High Coulombic Efficiency and Improved Cyclability for Li-Ion Batteries [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(8): 1605-1613.
[12]	Ai-Hua TIAN,Wei WEI,Peng QU,Qiu-Ping XIA,Qi SHEN. One-Step Synthesis of SnS₂ Nanoflower/Graphene Nanocomposites with Enhanced Lithium Ion Storage Performance [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(8): 1621-1627.
[13]	Guang-Kai JU,Zhan-Liang TAO,Jun CHEN. Controllable Preparation and Electrochemical Performance of Self-assembled Microspheres of α-MnO₂ Nanotubes [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(7): 1421-1428.
[14]	Yong-Ping GAN,Pei-Pei LIN,Hui HUANG,Yang XIA,Chu LIANG,Jun ZHANG,Yi-Shun WANG,Jian-Feng HAN,Cai-Hong ZHOU,Wen-Kui ZHANG. The Effects of Surfactants on Al₂O₃-Modified Li-rich Layered Metal Oxide Cathode Materials for Advanced Li-ion Batteries [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(6): 1189-1196.
[15]	Ze-Yu GU,Song GAO,Hao HUANG,Xiao-Zhe JIN,Ai-Min WU,Guo-Zhong CAO. Electrochemical Behavior of MWCNT-Constraint SnS₂ Nanostructure as the Anode for Lithium-Ion Batteries [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(6): 1197-1204.

Research Progresses on Gel Polymer Separators for Lithium-Ion Batteries

RichHTML

PDF

Like

Knowledge

Abstract

Cite this article

share this article

References

Related Articles 15

Metrics

Recommended 0