中國粉體網(wǎng)訊  聚合物電解質(zhì)不但具有較好的導(dǎo)電性，而且具有高分子材料所特有的質(zhì)量輕、彈性好、易成膜等特點(diǎn)，在一定程度上符合化學(xué)電源質(zhì)輕、安全、高效、環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)，因此成為近幾年化學(xué)電源研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。

不同種類電解質(zhì)及其鋰離子電池體系的性質(zhì)對(duì)比

聚合物電解質(zhì)的構(gòu)成

聚合物固態(tài)電解質(zhì)(SPE)由聚合物基體和鋰鹽構(gòu)成，具有黏彈性好、機(jī)械加工性能優(yōu)等特點(diǎn)。常用的鋰鹽有LiPF₆，LiTFSI，LiClO₄，LiAsF₄和LiBF₄等，SPE基體包括聚環(huán)氧乙烷（PEO）、聚硅氧烷和脂肪族聚碳酸酯等。

聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率

環(huán)氧乙烷（PEO）基聚合物電解質(zhì)

目前主流的固態(tài)聚合物電解質(zhì)仍以PEO及其衍生物為主，主要是因?yàn)镻EO對(duì)金屬鋰穩(wěn)定，并且可以更好地解離鋰鹽。但是固態(tài)聚合物電解質(zhì)中離子傳輸主要發(fā)生在無定形區(qū)，而室溫條件下未經(jīng)改性的PEO的結(jié)晶度高，導(dǎo)致離子電導(dǎo)率較低，處在10^-7S/cm的數(shù)量級(jí)，同時(shí)鋰離子遷移數(shù)也很低（0.2~0.3），嚴(yán)重影響電池大電流充放電的能力。

聚環(huán)氧乙烷（PEO）的結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)電機(jī)理

解決PEO結(jié)晶的最為簡單有效的方法是對(duì)聚合物基體進(jìn)行無機(jī)粒子雜化處理，無機(jī)粒子的加入擾亂了基體中聚合物鏈段的有序性，從而降低其結(jié)晶度，同時(shí)聚合物、鋰鹽、無機(jī)粒子之間產(chǎn)生的相互作用增加了鋰離子傳輸通道，提高了電導(dǎo)率和離子遷移數(shù)，無機(jī)粒子填料還可以起到吸附復(fù)合電解質(zhì)中的痕量雜質(zhì)（如水分）、提高力學(xué)性能的作用。目前研究較多的無機(jī)填料包括MgO、Al₂O₃、SiO₂等金屬氧化物納米顆粒以及沸石、蒙脫土等。

上述方案可以提高鋰離子電導(dǎo)率，但是界面問題卻不能得到滿意的解決。北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院的李林教授及其課題組通過可控陽離子聚合這一方法，創(chuàng)新性地開發(fā)出一種超薄聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜。所制備的超薄固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜厚度可小于10μm，具有良好的強(qiáng)度和韌性，與電極間界面接觸良好，室溫離子電導(dǎo)率接近10^-4S/cm，可實(shí)現(xiàn)“卷對(duì)卷”規(guī)模制造。同時(shí)，聚合物電解質(zhì)薄膜與金屬鋰的界面穩(wěn)定性佳，能有效地保護(hù)金屬鋰負(fù)極，提高金屬鋰電池的循環(huán)壽命。實(shí)驗(yàn)室將其應(yīng)用于Li-S、Li-LiFePO₄以及Li-NCM等固態(tài)電池體系中，在0.5C充放電條件下，可獲得穩(wěn)定的循環(huán)性和較高的比能量密度。

Fig. 1. (a) The surface and (b) cross-sectional morphologies of solid polymer electrolyte membrane. (c) The cycle performances and (d) charge/discharge curves of Li-S batteries with solid polymer electrolyte membrane.

想知道關(guān)于這種超薄聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜的更多信息？歡迎來“2019高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)研討會(huì)暨第三屆能源顆粒材料制備及應(yīng)用技術(shù)高峰論壇”，屆時(shí)李林教授將作《超薄聚合物電解質(zhì)膜用于固態(tài)電池》報(bào)告，期待您的到來。

專家簡介

李林教授，1999年香港科技大學(xué)獲博士學(xué)位。2000年回到中國科學(xué)院化學(xué)研究所，任研究員、博士生導(dǎo)師。2010年到北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，任教授、博士生導(dǎo)師。

主要從事高分子材料結(jié)構(gòu)與性能方面的研究，在高分子結(jié)晶、鋰離子電池隔膜、高分子多孔材料、聚合物電解質(zhì)等方面從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究到實(shí)際應(yīng)用等方面開展了系統(tǒng)的工作。2003年獲“國家杰出青年科學(xué)基金”資助。先后承擔(dān)十余項(xiàng)國家重點(diǎn)項(xiàng)目如國家863方向項(xiàng)目“低成本鋰離子電池隔膜關(guān)鍵技術(shù)研究”，國家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目“仿生納米通道隔膜的能量轉(zhuǎn)換特性研究”。

發(fā)表與接收期刊論文100余篇，分別發(fā)表在Sci. Adv.， J. Am. Chem. Soc.， Adv. Mater.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Funct. Mater.，Adv. Polym. Sci.，Macromolecules，Polymer，Langmuir等雜志上，其中發(fā)表的Macromolecules, 2001, 316文章被Science雜志“Editor’s Choice”欄目作為年度高分子學(xué)科領(lǐng)域的研究亮點(diǎn)進(jìn)行介紹。論文被SCI引用700余次，擔(dān)任“高分子科學(xué)”雜志編委。申請(qǐng)專利30余項(xiàng)，并有10項(xiàng)專利授權(quán)。2004年獲得首屆中國分析測(cè)試協(xié)會(huì)優(yōu)秀青年獎(jiǎng)，2007年P(guān)olymer雜志第二屆“馮新德高分子獎(jiǎng)最佳文章提名獎(jiǎng)”。

參考來源：

李楊.全固態(tài)鋰離子電池關(guān)鍵材料研究進(jìn)展

陳龍.全固態(tài)鋰電池關(guān)鍵材料—固態(tài)電解質(zhì)研究進(jìn)展

劉魯靜.全固態(tài)鋰離子電池技術(shù)進(jìn)展及現(xiàn)狀

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）

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