中國粉體網(wǎng)訊 固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有良好的界面相容性，且制備方法簡便，便于大規(guī)模生產(chǎn)。固態(tài)聚合物電解質(zhì)主要分為3類：聚環(huán)氧乙烷（PEO）基、聚碳酸酯（PC）基和聚硅氧烷基固態(tài)電解質(zhì)體系。目前，固態(tài)聚合物電解質(zhì)在應(yīng)用時(shí)仍然面臨室溫離子電導(dǎo)率低、電解質(zhì)/電極界面接觸差、電化學(xué)窗口窄等挑戰(zhàn)，限制了它的發(fā)展。
固態(tài)聚合物電解質(zhì)由聚合物基質(zhì)與溶解在聚合物基質(zhì)中的堿金屬鹽組成。聚合物基固態(tài)電解質(zhì)的研究可以追溯至19世紀(jì)80年代，Wright等人首先提出聚氧化乙烯可以溶解堿金屬鹽并形成離子導(dǎo)電聚合物，由于陽離子與聚合物主鏈中醚氧原子的配位隨著溫度變化，聚合物的電導(dǎo)率呈現(xiàn)溫度依賴性。之后，Vashisht和Armand將PEO和聚苯醚（PPO）等聚合物用于固態(tài)電解質(zhì)與固態(tài)電池的制作中。自此，聚合物基固態(tài)電解質(zhì)逐漸受到研究者的重視并被廣泛研究。PEO由于具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，對鋰鹽的溶解能力強(qiáng)且具有較好的加工性能，成為目前聚合物基固態(tài)電解質(zhì)中研究最為廣泛的基體材料。此外，隨著對電池高能量密度的需求越來越高，研究人員開發(fā)出了具有高電壓穩(wěn)定的聚磷腈（PPN）、聚碳酸酯（PVC、PTMC、PPC）、聚腈基丙烯酸酯（PECA）、聚丙二酰胺以及聚草酸酯（POE）等固態(tài)聚合物電解質(zhì)。
固態(tài)聚合物電解質(zhì)發(fā)展進(jìn)程
研究表明，相比于陶瓷基固體電解質(zhì)與電極之間的剛性固固接觸，聚合物基固態(tài)電解質(zhì)因具備柔性，可以在一定程度上減少界面電阻，但相比于液體電解質(zhì)能夠完全潤濕正負(fù)極界面，其與電極界面的接觸依然欠佳。此外，充放電過程中正、負(fù)電極的體積變化會(huì)進(jìn)一步惡化界面接觸，使得界面處的離子和電子傳輸受阻，極大地降低電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；另一方面，聚合物基固態(tài)電解質(zhì)在電極界面上的穩(wěn)定性欠佳，在循環(huán)過程中，容易在電極界面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，引發(fā)電池失效。PEO基聚合物電解質(zhì)的起始分解電壓為3.8V（vs.Li/Li+），可以搭配低電壓的磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極使用，但當(dāng)與高電壓層狀過渡金屬氧化物正極（如LiCoO2、NCM、NCA等）相匹配時(shí)，其在正極/電解質(zhì)界面上會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氧化反應(yīng)，增加電池電阻，釋放氣體，嚴(yán)重影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。聚合物基固態(tài)電解質(zhì)在具有高化學(xué)反應(yīng)活性的鋰金屬電極界面上同樣存在不穩(wěn)定性，例如，PAN具有高的電化學(xué)穩(wěn)定窗口（≥4.5Vvs.Li/Li+），被認(rèn)為可以與高電壓的正極相匹配，然而，由于-CN基團(tuán)的存在，其與鋰金屬負(fù)極接觸時(shí)，會(huì)在界面發(fā)生反應(yīng)形成鈍化層，嚴(yán)重削弱電池性能。此外，聚合物基固態(tài)電解質(zhì)熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性較差，限制了其在固態(tài)電池中的實(shí)際應(yīng)用。
理想的固態(tài)聚合物電解質(zhì)應(yīng)具備以下優(yōu)點(diǎn)：①室溫離子電導(dǎo)率高；②鋰離子遷移數(shù)高，以減小濃差極化，提升電池倍率性能；③在電極/電解質(zhì)界面有良好的界面接觸；④電化學(xué)穩(wěn)定性好，以匹配高壓正極材料，提升電池能量密度；⑤力學(xué)穩(wěn)定性好，可耐受機(jī)械加工，緩沖充放電過程中的電極體積變化和抑制鋰枝晶生長；⑥熱學(xué)穩(wěn)定性好以耐受環(huán)境變化。
因此，設(shè)計(jì)、合成綜合性能優(yōu)異的固態(tài)聚合物電解質(zhì)，并能夠在電解質(zhì)/電極界面處構(gòu)建快速穩(wěn)定的離子傳輸通道，對固態(tài)電池的發(fā)展具有重要意義。
針對固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將于12月20-21日在常州舉辦第四屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會(huì)。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動(dòng)車、儲(chǔ)能、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺(tái)，開展產(chǎn)、學(xué)、研合作，共同推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。屆時(shí)，華中科技大學(xué)許恒輝研究員將作題為《固態(tài)聚合物電解質(zhì)的設(shè)計(jì)與性能調(diào)控》的報(bào)告。報(bào)告將圍繞固態(tài)電解質(zhì)的本征性能指標(biāo)以及電解質(zhì)與正極和負(fù)極的界面問題，提出鋰金屬保護(hù)、負(fù)極界面緩沖層的構(gòu)筑和高壓正極包覆等界面強(qiáng)化策略，提高固態(tài)電池的臨界電流密度、抑制鋰枝晶的生成并提高正極/電解質(zhì)的界面電化學(xué)穩(wěn)定性，最終實(shí)現(xiàn)具有高安全、長循環(huán)、高能量密度等優(yōu)異電化學(xué)性能的固態(tài)電池。
專家簡介：
許恒輝，華中科技大學(xué)研究員、博士生導(dǎo)師，華中學(xué)者、湖北省海外高層次人才“百人計(jì)劃”和“武漢英才”產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才入選者。于2015年獲得華中科技大學(xué)博士學(xué)位，隨后在美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校JohnB.Goodenough教授課題組從事先進(jìn)電化學(xué)儲(chǔ)能材料與器件的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。作為骨干成員參與了美國能源部“ARPA-E”以及“BMR”重大科研項(xiàng)目。在固態(tài)鋰電池領(lǐng)域取得了一系列學(xué)術(shù)成果：在國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文共40余篇，其中包括Proc.Natl.Acad.Sci.，Adv.Mater.，Adv.EnergyMater.，Angew.Chem.Int.Ed.等。
參考來源：
周曉燕等.聚合物基固體電解質(zhì)研究進(jìn)展
周偉東等.固態(tài)鋰電池聚合物電解質(zhì)研究進(jìn)展
胡方圓等.聚合物固態(tài)電解質(zhì)的研究進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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