固態(tài)電池電解液技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

 

為什么要研究固態(tài)電池?

 

目前，以液態(tài)電解質(zhì)為基礎(chǔ)的鋰離子電池在電動汽車和智能電子產(chǎn)品等領(lǐng)域越來越難以滿足客戶的長壽命要求。因此，研究人員將鋰作為負(fù)極與硫、空氣(氧)或?qū)訝钛趸嚭扛叩恼龢O結(jié)合，生產(chǎn)出能量密度更高的電池。有機(jī)溶劑電解質(zhì)的安全風(fēng)險，加速了固體電解質(zhì)、離子液體、聚合物及其組合的研究。此外，目前的鋰離子電池技術(shù)需要雜亂的冷卻和處理模塊來保持工作溫度在60°c以下，如果溫度總是很高，電池的功能和壽命會受到嚴(yán)重的損害。因此，無論是現(xiàn)有的鋰離子電池還是未來的鋰金屬電池，對固體電解質(zhì)的關(guān)注仍然是安全的。

 

固體電解質(zhì)類型

 

除了無機(jī)陶瓷或玻璃電解質(zhì)外，最近有四種電解質(zhì)數(shù)據(jù)被證明超過鋰離子儲能技術(shù):固體聚合物電解質(zhì)(spe)、離子液體、凝膠和納米復(fù)合材料以及有機(jī)離子塑料晶體。根據(jù)SPE和Li的研究，金屬電池在高溫(50-100℃)下仍然表現(xiàn)良好。同時，作為高能量密度電池電解質(zhì)的離子液體可以提供許多理想的和可定制的特性。例如，他們有很大的電化學(xué)能力，可以完成金屬負(fù)極和高壓正電極，最小的揮發(fā)性和零可燃性，以及更高的溫度穩(wěn)定性。本文綜述了基于聚合物和離子液體的新一代固體電解質(zhì)的發(fā)展和前景。

 

三。固體電解質(zhì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

 

近日，澳大利亞迪肯大學(xué)的Maria Forsyth教授(通訊作者)等人就關(guān)于化學(xué)研究的賬戶發(fā)表了題為《創(chuàng)新電解質(zhì)為基礎(chǔ)的離子液體和下一代聚合物-固態(tài)電池》的綜述文章。在本文中，作者回顧了他的團(tuán)隊(duì)在這些領(lǐng)域的一些工作。鈉、鎂、鋅和鋁等金屬也被認(rèn)為是鋰的儲能技術(shù)的替代品。然而，對這些堿金屬基儲能應(yīng)用所需數(shù)據(jù)的研究還處于相對初級的階段。第二，電解質(zhì)在完成這些設(shè)備中扮演重要角色，很像Li技能。作者還評論了他們在這些領(lǐng)域的一些最新發(fā)展以及他們對這些領(lǐng)域未來方向的看法。研究還表明，嵌段共聚物與離子液體電解質(zhì)結(jié)合使用時，具有良好的機(jī)械性能和較高的離子導(dǎo)電性。由此得到的電解質(zhì)數(shù)據(jù)將使所有高功能固態(tài)電池具有離子輸運(yùn)解耦的機(jī)械功能。

 

3.1。陰離子單離子導(dǎo)體

 

單離子導(dǎo)體:一種聚合物電解質(zhì)，其中陰離子附著在聚合物骨架上，限制其自由運(yùn)動，導(dǎo)致陽離子成為唯一可以自由運(yùn)動的離子，陽離子的輸運(yùn)數(shù)字面上等于1。阿爾芒小組最近的研究表明，單離子導(dǎo)體的離子電導(dǎo)率通常低于雙離子導(dǎo)體。然后，在對單離子導(dǎo)體體系研究的基礎(chǔ)上，提出了提高單離子導(dǎo)體離子電導(dǎo)率的兩種主要策略:一、提高單離子導(dǎo)體的離子電導(dǎo)率;離子電導(dǎo)率與聚合物骨架的動態(tài)解耦。

 

1)共聚方法增加了段間遷移的動態(tài)性

 

大量的陰離子聚合物可用作鋰和鈉的單離子導(dǎo)體。在作者的研究中，主要集中在乙烯基、丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯基單離子導(dǎo)體。由于自由基聚合不僅經(jīng)濟(jì)，而且對離子官能團(tuán)有很高的耐受性，因此選擇了自由基聚合技術(shù)。這些聚合物的一般化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1a所示。例如,保利的單離子導(dǎo)體(鋰1 - (3 - (methylacrylenoxy)丙基磺酰)1 - (trifluoromethyl磺?；?酰亞胺)(PMTFSI)由作者開發(fā)的展品更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg > 90℃),因此室溫電導(dǎo)率較低,隨著添加環(huán)氧乙烷聚合物骨架的靈活性。