1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

1、选题背景及意义

能源和环境是当今人类生存与社会发展必须应对的两个重大问题，随着煤炭石油等化石资源的枯竭和环境的日益恶化，发展太阳能，风能和水能等可再生能源已经成为全球性趋势^[1]。鉴于电池科学正向着更加绿色环保及可持续的方向发展，近年来对于中性(弱酸性)电解质体系的锌基电池的关注度不断增加。但是，大多数的锌电池也存在明显的缺陷：（1)循环寿命差，水系体系的容量衰减严重且内部的微短路现象明显；（2)水系电解液不稳定，流动性大，电池器件需要密封；（3)锌电极在水系电解液热力学不稳定，副反应较多。本文旨在通过水凝胶电解质改善这一问题。

2锌离子电池的概念和原理

锌基电池是一类应用范围很广的电池体系,主要包括锌锰电池(Zn/MnO₂电池)、锌银电池(Zn/AgO电池)、锌镍电池(Zn/NiOOH电池)和锌空气电池(Zn/Air电池)等^[2-3]。在20世纪70年代,可充电锌#8211;二氧化锰电池首次投放市场^[4,5],这是一次碱性电池技术上的延伸,但其存在循环寿命短,性能稳定性低,且不能大电流充放电等缺点。因此,进一步提高锌基电池的可充性、循环寿命和大电流放电性能,新型可充电锌离子电池必将拥有巨大的发展潜力。锌离子电池充电时,锌离子从正极MnO₂隧道结构中脱出,在负极锌的表面沉积;放电时,负极锌失去电子变为锌离子,嵌入到正极MnO₂的隧道中。因此可把锌离子电池形象地比喻成”摇椅电池”,锌离子在摇椅的两端,即电池的正负极来回奔跑。

2.1锌离子电池凝胶电解质概述以及问题

固态电解质可以有效地解决电池电解液流动性大和不稳定的问题。基于不同聚合物电解质（PEO-ZnBr₂/ZnCl₂、PEO-KOH、PVA-proton/iodide)的一次固态锌电池得到了较多的关注。然而，兼顾于锌电极可逆的沉积/溶解反应及Zn² 有效传输的固态聚合物电解质非常少见，并且相应的离子导电性较低。凝胶聚合物电解质是一类将聚合物、金属盐和一定量的溶剂进行混合，具有液体级别离子导电性，同时保持固态体系尺度稳定的电解质体系。低分子量且具有高介电常数的溶剂一般被认为是充当塑化剂的作用。当水作为塑化剂时，形成的凝胶态的电解质往往被称为”水凝胶聚合物电解质”。水凝胶三维网络的形成主要依赖于聚合物链之间的化学交联或者物理相互作用，同时通过表面张力将水分子束缚于聚合物网络中。基于PEO、PAA和PVA的水凝胶电解质体系由来已久，尤其在水系超级电容器中得到了广泛的研究。凝胶聚合物电解质既有液态电解质的高电导率，又有固态电解质的高安全性，兼具两者的优点，被认为是最优的锌离子电池电解质材料。因高分子聚合物的凝胶特性，所以在凝胶电解质的研究中，又以凝胶聚合物电解质的研究为主。凝胶聚合物电解质需满足以下条件：（1）室温离子电导率高；（2）较高的迁移数；（3）良好的热稳定性、化学稳定性；（4）良好的电化学稳定性；（5）一定的机械强度。

2.2现状

为了提高锌离子电池的安全性，我们必须寻找寻找更加安全且高性能的电解质，聚合物电解质为我们提供了希望。聚合物电解质可分为全固态聚合物电解质（SPE）和凝胶聚合物电解质（GPE）。SPE的化学稳定性和对电极的稳定性较好，但离子电导率低，而GPE兼具了液体电解质的高离子电导率和SPE的易加工性，从而被广泛研究^[6]。

3凝胶聚合物电解质的研究背景

因为凝胶聚合物电解质具有高电导率和高安全性，凝胶聚合物电解质的研究一直被研究学者们关注。1973 年，PEO-碱金属体系的离子导电性被发现^[7]；1975年，科学家在 PAN 体系、PVDF 体系中加入增塑剂 EC、PC 制备凝胶聚合物电解质，此电解质的电导率得到显著提高^[8]；1979 年，Armand 等制备出的 PEO 碱金属盐体系的电解质在 40~60℃的温度范围内，其电导率可达 10-5 S cm-1，且成膜性良好，研究还证明该电解质可以应用到电池领域^[9]；1994 年，PVDF-HFP 体系的凝胶电解质被成功制备^[10]；1996 年，美国 Bellcore 公司成功研制出一套完备的规模化生产技术，用于聚合物电解质的产业化生产^[11]。

凝胶态电解质的机械强度主要是依靠聚合物基体形成支撑骨架，所以聚合物基体是凝胶聚合物电解质的核心组成部分。目前，聚氧化乙烯（PEO）、聚丙烯酸甲酯（PMMA）^[12]、聚丙烯腈（PAN）^[13]、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）等高分子聚合物受到研究学者的广泛关注。2.5其他体系除了以上几种常见的GPE体系外，以纤维素、淀粉等天然产物为基体的GPE目前也在被研究。相比其他材料，纤维素、淀粉等天然产物来源丰富，价格便宜，热稳定性好且环境友好，具有极大的发展前景。

4凝胶电解质的制备方法

凝胶电解质的制备方法对其结构性能有非常大的影响。目前，凝胶聚合物电解质的制备方法主要有热诱导相分离法、溶剂挥发法、浸没沉淀法等。

4.1热诱导相分离法

热诱导相分离法（Thermal Induced Phase Separation）是在较高温度下，将聚合物溶解在具有高沸点、低挥发性特点的溶剂中，溶解完全得到均匀溶液，再降低溶液的温度。当溶液的温度由高到低冷却时，溶液会出现液-液相分离或固-液相分离的现象，再选用挥发性溶剂将高沸点溶剂萃取出来，最终获得具有微孔结构的电解质膜^[14]。热诱导相分离法可以通过调整各种因素来控制孔径，所以其制备的电解质膜孔径较均匀。这种制备方法，一般应用于许多由于溶解度差而不能用其他制备方法解决成膜的聚合物中。

4.2 溶剂挥发法

溶剂挥发法(Solvent Casting 3Method)制备电解质，实验原理是运用溶剂挥发性的不同，把聚合物溶解在挥发性差距较大的混合溶剂中，易挥发的溶剂挥发，难挥发的非溶剂留下，随着混合溶剂挥发变少，溶液浓度增大，相分离现象产生，聚合物沉淀析出，得到电解质膜^[15]。聚合物完全溶解后得到稳定的均相溶液，随着易挥发溶剂的挥发，非溶剂析出，在凝胶物中形成一定数量的空隙，随着凝胶收缩成膜的进行，电解质膜中形成微孔结构^[16]。溶剂挥发法实验步骤简单，易操作，是一种常用的制备凝胶电解质的方法。

4.3 浸没沉淀法

浸没沉淀法（Immersion Precipitation Method）也是一种常用的制备聚合物电解质的方法。目前，在工业生产中得到广泛应用，生产工艺成熟。浸没沉淀法，即浸没凝固浴，发生相分离沉淀成膜。将聚合物基体溶解在有机溶剂中得到均相溶液，然后将均相溶液均匀刮涂；因凝固浴是由非溶剂组成的，当将刮涂好的溶液浸入到凝固浴中，溶液中的溶剂成分和凝固浴的非溶剂成分接触，两者进行交换，出现液-液相分离或固-液相分离现象，聚合物开始出现贫相、富相之分。富聚合物相固化，成为电解质的网络骨架；电解质微孔结构的出现是伴随着贫聚合物相的形成，所以通过浸没沉淀就可得到微孔结构的电解质膜。

4.4凝胶聚合物电解质存在的问题

虽然目前已研究出的凝胶聚合物电解质解决了锌离子电池的诸多问题，但是仍存在着问题：为了提高GPE的离子传输性能，目前GPE基体多为多孔结构，这为金属异物的混入提供了可能。这些金属异物的混入可能会导致电池在充放电过程中出现微短路，具有安全隐患。另一方面，多孔型GPE始终存在机械强度不足的问题，难以满足锌离子电池力学要求。

参考文献：

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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

研究问题：Pluronic F127水凝胶电性能研究

大多数的锌电池存在明显的缺陷：（1)循环寿命差，水系体系的容量衰减严重且内部的微短路现象明显；（2)水系电解液不稳定，流动性大，电池器件需要密封；（3)锌电极在水系电解液热力学不稳定，副反应较多。固态电解质可以有效地解决电池电解液流动性大和不稳定的问题。然而，兼顾于锌电极可逆的沉积/溶解反应及Zn² 有效传输的固态聚合物电解质非常少见，并且相应的离子导电性较低。凝胶聚合物电解质是一类将聚合物、金属盐和一定量的溶剂进行混合，具有液体级别离子导电性，同时保持固态体系尺度稳定的电解质体系。

因此本文所要研究的问题就是通过普朗尼克F127制备出一种水凝胶膜，并同时满足以下锌离子电池工作的条件：（1）较高的室温离子电导率，为了保证锌离子电池的快速充放电，电解质的室温离子电导率必须要达到或接近10^-3 S/cm；（2）较高的离子迁移数，以达到降低浓差极化，提高电池能量密度；（3）良好的热稳定性、化学稳定性，保证锌离子电池充放电过程中的安全性能；（4）较高的电化学稳定性；（4）一定的机械强度，具有良好的可加工性，以满足电池装配过程中所需的强度要求。

拟采用的研究手段：

1、查阅文献，在对当前锂离子电池聚合物电解质研究进展基本了解的基础上确定所要研究问题的解决方案#8212;#8212;制备高性能的凝胶聚合物膜；

2、查阅文献，根据拟采用的材料、拟要达到的效果，确定制备凝胶聚合物膜的方法。

2.1制备方法：溶剂挥发 相反转法；

2.2流程：

3、对制得的高分子膜的进行物理性质的表征，主要包括：形貌、热稳定性、力学性能、孔隙率、吸液率等。研究Pluronic F127水凝胶的物化性能和电化学性能

3.1形貌表征：对聚合物膜表面进行喷金处理后，使用扫描电子显微镜观察聚合物膜的表面、断面形貌、孔径及孔的结构。

3.2热稳定性表征：使用热分析仪对聚合物膜进行热重分析。

3.3力学性能表征：使用拉伸仪对聚合物膜施加拉力得到应力-应变曲线，分析其机械强度。

3.4孔隙率表征：将烘干至恒重的聚合物膜称重后浸入硫酸锌3M中3至4小时，取出吸干膜表面液体后称重，孔隙率可由下式计算：

3.5吸液率表征：将烘干至恒重的聚合物膜称重后浸入电解液12小时，取出吸干膜表面液体后称重，吸液率由下式计算：

3.6 X射线衍射分析 测试条件 Cu靶 ，Kα射线，连续扫描，衍射角5-60。，步长0.02。step 每步扫描时间0.1秒。

3.7 机械强度表征 主要用拉伸强度来表征，对电解质膜进行拉伸测试，将电解质膜裁剪成长90mm，宽45mm的哑铃试样，拉伸速度设置为15mm/min进行测试

3.8 电3导率表征 将聚合物电解质膜夹在两个不锈钢电极之间组装成纽扣电池，使用电化学工作站进行阻抗测试，测试频率设置为0.1hz-105 he，当交流阻抗图谱的阻抗虚部为0时，对应的阻抗实部的值即是电解质的本体电阻，再用公式计算电导率

4、对制备的锂离子电池凝胶聚合物电解质进行电化学表征，主要包括：锂离子电导率、锂离子迁移数、充放电稳定性、倍率性能、循环性能等。

4.1离子电导率测试：测试阻塞电池的交流阻抗谱，读出聚合物电解质本体电阻（Rb），利用下式计算出离子电导率：

4.2锂离子迁移数测试：稳态电流法，通过计时电量法得到稳态电流，（阶跃电势10mV），测试电池采用Zn/水凝胶电解质/Zn电池。

4.3循环伏安测试：利用循环伏安法测试MnO2在聚合物电解质中的氧化还原行为，测试采用纽扣电池（MnO₂/聚合物电解质Zn）。

4.4恒流充放电测试：在恒流条件下对电池进行充放电，测定电池的容量、充放电次数与库伦效率、电流电压等的关系，充放电电流密度根据实际情况变动（循环性能：0.2C，倍率性能：0.1～1C）。
5通过锌/Pluronic F127水凝胶lt;Agt;/V2O5lt;/Agt;体系评价该凝胶电解质的性能

6、根据所得到的物理性质和电化学性质表征结果分析实验存在的问题，根据具体问题讨论修正实验方案，继续表征物理性能和电化学性能，直至满足锌离子电池使用要求。

7、整理所得实验数据，撰写论文。

指导教师意见：

1．对”文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

2019 年 月 日