近日，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所溫兆銀研究員團(tuán)隊(duì)通過(guò)離子導(dǎo)電型引發(fā)劑實(shí)現(xiàn)了凝膠聚合物電解質(zhì)的原位制備，該凝膠聚合物電解質(zhì)具有優(yōu)異的耐火性能，基于該電解質(zhì)組裝的固態(tài)鋰電池在同時(shí)承受剪切與火燒條件(火焰溫度528℃)下仍能為發(fā)光二極管陣列供電，使鋰電池的安全性大大提高。

相關(guān)工作申請(qǐng)了中國(guó)發(fā)明專利，主要研究結(jié)果以“InSituGeneratedFireproofGelPolymerElectrolytewithLi6.4Ga0.2La3Zr2O12AsInitiatorandIon-ConductiveFiller”為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊AdvancedEnergyMaterials(IF=21.875)上，論文第一作者為上海硅酸鹽所在讀博士研究生徐東，導(dǎo)師為溫兆銀研究員。

凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)在一定程度上兼具固態(tài)聚合物電解質(zhì)(SPE)的高安全性與液態(tài)電解質(zhì)高離子電導(dǎo)率的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是當(dāng)前最適合實(shí)際應(yīng)用的一種電解質(zhì)體系。目前研究較多的是基于聚偏氟乙烯(PVDF)及其衍生物的凝膠聚合物電解質(zhì)體系。

然而凝膠電解質(zhì)中仍然含有一定量的可燃性液態(tài)電解質(zhì)，存在安全隱患。為進(jìn)一步提高其安全性能以及電化學(xué)性能，科研工作者們做了大量的研究工作，主要包括有機(jī)-有機(jī)共混改性、有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合改性、物理/化學(xué)交聯(lián)改性等。

但大多數(shù)文獻(xiàn)并未對(duì)凝膠聚合物電解質(zhì)的安全性能進(jìn)行詳細(xì)報(bào)道。另一方面，在目前常用的相轉(zhuǎn)換法等凝膠聚合物電解質(zhì)的制備過(guò)程中，使用了大量揮發(fā)性有機(jī)溶劑，既污染環(huán)境，又增加成本，且制備過(guò)程繁瑣。采用原位交聯(lián)聚合制備的方法可以避免或減輕上述問(wèn)題。

溫兆銀研究員團(tuán)隊(duì)以石榴石型固體電解質(zhì)(Li6.4Ga0.2La3Zr2O12)為引發(fā)劑和離子導(dǎo)電型填料，在聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)的磷酸三乙酯/氟代碳酸乙烯酯(TEP/FEC)混合溶液中引發(fā)PVDF-HFP的脫氟和交聯(lián)過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)凝膠聚合物電解質(zhì)的原位制備，并對(duì)凝膠轉(zhuǎn)變過(guò)程的機(jī)理進(jìn)行了深入研究。

優(yōu)化后的凝膠聚合物電解質(zhì)在20℃時(shí)離子電導(dǎo)率達(dá)到1.83×10-3Scm-1，室溫下電化學(xué)穩(wěn)定窗口4.75V。該凝膠聚合物電解質(zhì)具有優(yōu)異的耐火性能，由其組裝的固態(tài)鋰電池具有較高的安全性。基于該凝膠聚合物電解質(zhì)的三元鋰電池表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。該工作提供了采用防火型凝膠電解質(zhì)可獲得優(yōu)良的離子電導(dǎo)率以及保證凝膠聚合物電解質(zhì)和相應(yīng)鋰電池高安全性的研究新思路。

相關(guān)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助。

凝膠聚合物電解質(zhì)提升固態(tài)鋰電池安全性

凝膠聚合物電解質(zhì)提升固態(tài)鋰電池安全性

防火型凝膠聚合物電解質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)示意圖及基于該凝膠聚合物電解質(zhì)的軟包鋰電池的剪切和燃燒實(shí)驗(yàn)