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青岛储能研究院采用“刚柔并济”设计理念 研发出新型电解质电池材料

导读: 青岛储能研究院采用“刚柔并济”的电解质设计理念实现了在高能量密度聚合物电解质电池关键材料研制方面的一系列进展。

  高效、安全、可靠的动力电池是制约新型近零排放汽车产业的瓶颈,也是新能源汽车的“短板”之一。当前动力电池存在的最大安全隐患是电池热失控,中国科学院青岛生物能源与过程研究所青岛储能产业技术研究院在开发高安全性动力电池聚合物电解质材料体系解决该安全问题方面取得了阶段性进展,并正快速推进其产业化进程。

  现有的锂离子电池液体电解质体系,不能满足动力电池对高能量、高功率和安全性等多方面的要求。青岛储能产业技术研究院研发团队提出了“刚柔并济”的研发思路,开发出一系列新型聚合物电解质体系,很好地解决了上述瓶颈问题,同时大幅提升了安全使用性能。“刚柔并济”就是使用“刚”性骨架材料,如聚酰亚胺、芳纶、聚芳砜酰胺、玻璃纤维和纤维素等(Nano Energy,2014,10,277-287;Solid State Ionics,2013,245-246,49-55;232, 44-48;Journal of the Electrochemical Society,2013,161,A1032-A1038;Progress in Polymer Science,2015,43,136-164)无纺布材料,改善电池的力学性能和尺寸热稳定性能;利用“柔”性离子传输材料,如聚环氧乙烷(PEO)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氰基丙烯酸酯和聚碳酸丙烯酯(PPC)等赋予优异的离子传导性和界面稳定性,通过“并济”即两种或多种材料复合达到多赢的效果,实现综合性能的大幅提高,进而满足动力电池的要求。

  敬天惜物、取法自然,该研究探究“刚柔并济”的复合聚合物电解质体系,实现刚柔的对立统一,来实现力学强度、耐热性能、电位窗口、界面稳定性和离子导电率等综合性能的提升。图1是“刚柔并济”凝胶聚合物电解质的设计理念。

  图1 “刚柔并济”聚合物电解质的设计理念

  传统的偏氟乙烯类体系虽然具有高的稳定性和较高的电位窗口等优点,但离子导电率较低、湿态下其力学强度和热稳定性很差,为改善传统的偏氟乙烯类的凝胶聚合物电解质的性质,研究团队采用其与聚酰亚胺和聚砜酰胺等无纺布材料纳米尺度复合,刚柔并济、浑然一体,提升尺寸热稳定性和力学强度,实现其综合性能的提升(Journal of the Electrochemical Society, 2013,160,A769-A774;Macromolecular Materials and Engineering,2013,298,806-813;ACS Appl. Mater. Interfaces,2013,5,128-134);针对其锂离子迁移系数低的问题,研发了新型的单离子聚合物硼酸锂盐作为表面增强材料(Coordination Chemistry Reviews,2015,292,56-73 ;Journal of Materials Chemistry A,2015,3,7773-7779)提高其离子迁移数和相容性,“刚柔并济、相辅相成”提升电池系统综合性能。

  图2 室温聚碳酸酯基全固态聚合物电解质的制备流程图

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责任编辑:YOYO
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