新型层次结构腈类全固态聚合物电解质的原位合成及性能研究

因有机电解液而产生的着火、爆炸、漏液等安全隐患严重制约了高比能量锂离子电池的发展。因此,具有安全性强、柔性好、可抑制锂枝晶生长等优势的聚合物电解质受到了广泛关注。然而,目前聚合物电解质普遍存在室温离子电导率偏低、电极/聚合物电解质界面阻抗过大等问题,限制了其在锂离子电池中的实际应用。基于腈类材料高热力学稳定性、强抗电化学氧化性、有利于提高电解质离子传导等优点,清华大学深圳研究生院康飞宇教授课题组采用原位合成技术成功制备了一种新型高性能层次结构腈类全固态聚合物电解质(all-solid-state electrolyte based on nitrile materials,SEN),显著提高了聚合物电解质材料的离子电导和电极/电解质界面相容性。相关结果发表在Advanced Energy Materials杂志上。

这一层次结构聚合物电解质系通过将腈乙基化聚乙烯醇(cyanoethyl polyvinyl alcohol,PVA-CN)单体溶于丁二腈(SN)基全固态电解质中形成前躯体,进而将前躯体浸入聚丙烯腈(PAN)电纺纤维膜网络中原位聚合而制得。在此层次化结构中,交联的 PVA-CN聚合物骨架均匀地分散在SN基全固态电解质中,极大地增加了其机械强度并使其在高温下仍能保持准固态,解决了SN熔点以上熔融漏液的安全隐患。而电纺纤维膜的引入则显著降低了电解质膜的厚度,并进一步增强了膜的强度和柔性。腈类原材料之间的结构相容性及层次结构设计使得制得的SEN 膜具有高离子电导(0.30 S),高锂离子迁移数 (0.57),良好的抗拉强度 (15.31 MPa),优越的安全性和柔性。原位合成方法则使电极与SEN之间保持良好的粘附性,明显降低了界面阻抗,使得LiFePO4/SEN/Li 电池呈现出良好的电化学性能。这一新型腈类全固态聚合物电解质材料的优良性能及其简易的聚合物电池装配工艺使得其在新一代高性能锂离子电池中具有良好的应用潜力。Untitled