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科技大爆炸 新一代全固态聚合物锂电池诞生

2014-09-15 09:31
林契于宸
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  近日,依托中国科学院青岛生物能源与过程研究所建设的青岛储能产业技术研究院成功开发出新一代全固态聚合物锂电池,相关研究成果分别发表在Scientific Reports, Chem. Comm., Progress in Polymer Science 和Journal of the Electrochemical Society 等杂志上。

  随着电动汽车技术发展,其对动力锂电池在大功率输出和安全性能等方面提出了更高的要求。隔膜电解质体系是制约动力锂电池快速发展的瓶颈问题之一,开发高安全性隔膜和新型聚合物电解质体系对提高动力锂离子电池的综合性能至关重要。青岛储能研究院执行院长崔光磊带领科研人员利用具有完全自主知识产权的湿法抄造、界面耦合和功能化修饰等技术,成功研制出高安全性和耐高电压的动力锂电池隔膜。该隔膜具有耐高温性能优异、阻燃性能极佳、电解液浸润良好等特点,极大地提升了锂电池的倍率性能和安全使用性能,在中国科学院纳米战略性先导专项组织的第三方评价中展示出优异的高电压性能,得到项目首席科学家和相关领导的高度评价。相关研究成果发表于Nature 子刊Scientific Reports(2014, 4: 3935)和Journal of the Electrochemical Society(2014, 161: A1032-A1038)。

  传统液态锂离子电池,由于使用易燃的碳酸酯溶剂和聚烯烃隔膜,存在着极大的安全隐患。研究人员以自主研发的阻燃纤维素为基材,通过功能化改性和耦合等相关工艺,成功制造出一款刚柔并济的全固态聚合物电解质(图1)。相关研究成果发表在Scientific Reports(2014, 4: 6272)上。与传统聚环氧乙烷纯固态聚合物电解质相比,该款全固态聚合物电解质具有较高的机械强度(45 MPa)、高的电化学窗口(> 4.6 V)、优异的倍率充放电性能(10 C)以及宽的温度使用范围(25℃-160℃),具有广阔的应用前景和产业价值。目前,青岛储能院正在优化工艺参数,争取率先在经济型电汽车上实现产业示范。

  基于上述研究基础,该团队应邀在行业知名期刊Progress in Polymer Science 发表综述文章,详细介绍了青岛储能研究院在生物质能源材料,特别是锂电池隔膜、粘结剂和聚合物电解质领域研究进展与成果,并展望了生物质材料在能源应用领域的广阔应用前景。

  

  图1 刚柔并济全固态聚合物电解质的设计理念

  

  图2 不同温度相应电池的倍率性能

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