王繼亮、包黎霞課題組在聚合物全固態(tài)鋰離子電池電解質(zhì)領(lǐng)域取得系列進展
近日，云南大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院王繼亮、包黎霞老師課題組在聚合物全固態(tài)鋰離子電池電解質(zhì)領(lǐng)域取得系列進展。
圖1.（左）離子液晶型固體電解質(zhì)示意圖，（右）離子塑晶固體電解質(zhì)示意圖
圖2.離子塑晶固體電解質(zhì)在不同溫度條件下的性狀
鋰離子電池（LIBs）是當(dāng)今最重要的儲能及供能器件，其已被廣泛應(yīng)用于日常生活的方方面面，如智能手機、數(shù)碼相機、筆記本電腦、電動汽車等領(lǐng)域。正極、負(fù)極和電解質(zhì)是LIBs的三大核心組件，但自日本SONY公司于1991年將LIBs成功商業(yè)化以來，LIBs的電解液至今仍采用傳統(tǒng)的液體電解液。這意味著，目前LIBs在電解質(zhì)的制備過程中，不可避免地會使用具有揮發(fā)性和易燃性的小分子電解液（如碳酸丙烯酯PC、碳酸二乙酯 DEC等)），致使LIBs在使用過程中容易產(chǎn)生起火，爆炸等安全事故，研發(fā)一種在室溫條件下具有高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)成為解決該問題的有效手段之一。遺憾的是，傳統(tǒng)固態(tài)電解質(zhì)（包括固體聚合物電解質(zhì)、無機氧化物、硫化物及鹵化物電解質(zhì)和復(fù)合固體電解質(zhì)）存在室溫離子電導(dǎo)率較低（10-8—10-5 S cm-1）或與電極間的界面阻抗較大的問題，不能滿足LIBs的實際使用要求。因此，開發(fā)一種具有室溫高離子電導(dǎo)率、高電化學(xué)穩(wěn)定性、柔性、制備條件相對溫和的固態(tài)鋰離子電解質(zhì)迫在眉睫。
圖3.所開發(fā)離子液晶及離子塑晶聚合物固體電解質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)示意圖
基于此，在課題組前期工作基礎(chǔ)及量子力學(xué)補償阿倫尼烏斯方程（QCA）（Electrochimica Acta, 2019，294，249-259；Journal of Power sources, 2019，444，227305；Journal of Polymer Science, 2020,58,3480-3487等）的理論指導(dǎo)下，王繼亮、包黎霞課題組通過分子設(shè)計及計算機模擬，成功制備了一系列具有高度空間有序結(jié)構(gòu)的低活化能離子液晶或離子塑晶聚合物固體電解質(zhì)（如圖1-圖3所示），所得固體電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率可達10-3 S cm-1數(shù)量級，可滿足LIBs的實際使用需求。同時，得益于巧妙的分子設(shè)計，所開發(fā)離子液晶或離子塑晶聚合物固體電解質(zhì)具有優(yōu)異的柔韌性和抑制鋰枝晶生長的能力，電解質(zhì)在不同電流密度下，循環(huán)充放電500小時無鋰枝晶生長，無短路現(xiàn)象（如圖4所示）。
圖4. 離子塑晶聚合物固體電解質(zhì)的500小時充放電循及電子探針顯微鏡測試結(jié)果
相關(guān)研究結(jié)論以“Organic fast ion-conductor with ordered Li-ion conductive nano-pathways and high ionic conductivity for electrochemical energy storage”（2022，66，647-656， https://doi.org/10.1016/j.jechem.2021.09.011）和“Poly(carbonate)-based ionic plastic crystal fast ion-conductor for solid-state rechargeable lithium batteries”（in press）為題發(fā)表于本領(lǐng)域的國際知名期刊Journal of Energy Chemistry（化學(xué)1區(qū)Top，即時IF=13.25）。論文投出就得到審稿人的充分認(rèn)可，其一致認(rèn)為本研究可為高性能全固態(tài)鋰離子電池的開發(fā)提供新的策略。論文第一作者為高分子化學(xué)與物理專業(yè)2019級碩士研究生楊一濱、周賀及謝佳穎（共同一作）。
上述工作得到國家自然科學(xué)基金、云南省科技廳“重大科技專項”、云南省“千人”計劃、云南省“萬人”計劃、云南省基礎(chǔ)研究計劃和云南大學(xué)研究生創(chuàng)新研究計劃的資助。
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com