鋰電池的救星—固態(tài)聚合物電解質
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-12 13:22
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儲能設備是現(xiàn)代人類進步的關鍵技術。由于鋰電子二次電池具有工作電壓高、循環(huán)壽命長、環(huán)境污染小等諸多優(yōu)點，成為應用極為普遍的綠色化學能源。新一代高比能量鋰電池是未來儲能器件的發(fā)展方向，但是由于高能量密度鋰電池因使用有機電解液而存在易漏液、著火、爆炸等一系列安全隱患，提升電池安全性便成為當下研究的重點。
近日，清華大學材料學院研究出了新型固態(tài)聚合物電解質取代傳統(tǒng)有機電解液，成功地解決了這一難題。這種電解質具有高離子電導率、低電極/電解質界面阻抗、良好的機械強度，對于提升電池的安全具有十分重要的意義。
研究人員首先通過改進化學工藝構建了低阻抗的石墨電極/凝膠聚合物電解質界面。在此基礎上將腈類在丁二腈全固態(tài)電解質（SEN）中原位聚合，這樣使得電極與SEN之間保持良好的粘附性，明顯降低了界面阻抗并使得聚合物電池呈現(xiàn)處良好的電化學性能。
其次，又將二縮三丙二醇二丙烯酯單體溶于碳酸酯基電解液配得前驅體溶液，制成納米球基復合固態(tài)電解質（SiSE）。由于穩(wěn)定、低阻抗的電極/固態(tài)電解質界面和SiSE對鋰枝生產具有顯著抑制作用，使用SiSE的固態(tài)鋰金屬電池表現(xiàn)出優(yōu)越的循環(huán)性能和安全性。
SISE制備流程
再次，研究人員將含有氟代碳酸乙烯酯的醚類電解液吸入納米球層制得準固態(tài)電解質。這種豐富的介孔結構可吸附多硫化物限制穿梭效應，使鋰化硅-硫全電池的循環(huán)性能得到明顯改善，并在短路條件下保持結構無損。
最后，采用原位方法設計了高安全性層次結構聚離子液體基固態(tài)電解質。該電解質同時具備高離子電導率，低電極/電解質界面阻抗和良好的機械強度，在鋰離子和鈉離子電池中均表現(xiàn)出優(yōu)越的電化學性能。
該項研究成果不僅成功制備了準固態(tài)聚合物電解質，并且首次將聚離子液體材料的應用從鋰離子電池擴展到鈉離子電池，為新型儲能器件的發(fā)展提供了良好的思路。作為我們日常生活中很常見的電池來說，現(xiàn)在的電池安全問題是至關重要的。電動車的鉛酸電池的自燃，手機鋰電池的充電爆炸等問題已經(jīng)是有很多的案例了。鋰離子電池于1991年首次由索尼公司商業(yè)化，幾乎充斥了每一個21世紀的電動產品：手機、筆記本電腦、無線耳機和無繩電動工具等，更甚者是現(xiàn)在的電動汽車。
曾經(jīng)有部分專家曾稱電池起火的概率大概是千萬分之一，遠比你被閃電擊中的幾率低得多。人體被閃電擊中的幾率大約為一百多萬分之一。但從身邊發(fā)生的事實來看的話，真實情況并不是像某些專家說的那樣。
假如電池的結構完整性遭到破壞或者存在一定的制造缺陷，例如2016年三星Galaxy Note 7的制造缺陷，那么電池的穩(wěn)定性及安全性就變得讓人十分擔憂了。這就是為什么即使我們現(xiàn)在仍然使用包含鋰離子電池的設備，我們仍然沒有對電池的安全性是十足的信心。
但如果可以消除這一疑慮呢？如果能夠使鋰離子電池的安全性能變得十分可靠，即使發(fā)生災難性的結構性故障，包括被子彈刺穿這種嚴重的結構性故障，也不會導致電池的自燃或者爆炸。這樣的問題我想不止一個人想過，但是到底能不能實現(xiàn)呢？
