提升電池安全等性能！我國(guó)聚合物固態(tài)電解質(zhì)研究獲進(jìn)展

來(lái)自中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的消息顯示，固態(tài)電池因其潛在的高能量密度和高安全性，成為下一代電池的重要發(fā)展方向之一。其中，聚合物固態(tài)電解質(zhì)因輕質(zhì)、低成本、柔韌性和易于加工等特點(diǎn)，有望提高電池的能量密度和促進(jìn)規(guī)?；a(chǎn)。

近日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所先進(jìn)碳材料研究部科研人員在聚合物固態(tài)電解質(zhì)領(lǐng)域取得新進(jìn)展。研究人員在高度結(jié)晶的聚環(huán)氧乙烷（PEO）塊體中發(fā)現(xiàn)了離子的自適應(yīng)擴(kuò)散現(xiàn)象，提出了使用高結(jié)晶PEO塊體作為中間層的固態(tài)電解質(zhì)組（SSE-Group）策略，有效抑制了由鋰絲生長(zhǎng)引起的固態(tài)電池軟短路，提升了電池性能。

該研究發(fā)現(xiàn)了在高度結(jié)晶的PEO材料中，多種關(guān)鍵的能量存儲(chǔ)離子，如Li⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Zn²⁺和Al³⁺的離子自適應(yīng)擴(kuò)散現(xiàn)象（圖1），在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了一種穩(wěn)態(tài)測(cè)量方法（SSMM），克服了傳統(tǒng)電化學(xué)阻抗譜法無(wú)法測(cè)量高結(jié)晶純PEO材料中離子傳導(dǎo)能力的局限性，從而量化了PEO塊體材料在不同溫度下的離子擴(kuò)散系數(shù)。結(jié)果表明，PEO材料發(fā)生自適應(yīng)擴(kuò)散后仍然保持高結(jié)晶特性，同時(shí)形成連續(xù)的離子傳輸通道。利用這個(gè)發(fā)現(xiàn)，提出了基于高結(jié)晶PEO塊體作為中間層的多層電解質(zhì)膜組策略，有效抑制了由鋰絲生長(zhǎng)引起的電池軟短路，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異倍率和循環(huán)性能的固體電池（圖2）。這些發(fā)現(xiàn)深化了對(duì)高結(jié)晶聚合物中離子傳輸機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為開(kāi)發(fā)更安全、更高效的能源存儲(chǔ)系統(tǒng)提供了新見(jiàn)解。

圖1. 高結(jié)晶PEO塊體中的離子自適應(yīng)擴(kuò)散現(xiàn)象 圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院金屬研究所

圖2. 固態(tài)電池性能