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聚合物基固态电池循环和应用温度范围的显著提高

2020-09-24 11:50   来源: 互联网

最近,中国科学院沈阳国家材料科学研究中心高级碳材料研究中心新的电化学材料和器件组在聚羟基烷基高性能电解质和固态电池的方向上取得了进展,提高了所有固态聚合物锂电池的循环次数和稳定性,实现了室温和低温(0°C)下优异的电化学性能。

近年来,锂电池作为一种储能器件被广泛应用于手机,笔记本电脑,电动汽车等领域。但传统的锂离子电池越来越接近其能量密度的极限,而易燃有机电解液的使用使锂离子电池的安全性受到了严峻的考验。因此,发展高能量密度,高安全性的下一代电化学储能器件迫在眉睫。固态电池是一种用固体电解质代替液体电解质的新型电化学储能装置。具有安全性能高,能量密度大的特点。目前,研究人员已经开发了多种研究体系,如聚合物固体电解质,无机固体电解质和复合固体电解质等。其中,聚氧化乙烯(PEO)因其重量轻,易成膜,与电极界面接触好等优点,在固体电解质的研究中得到了广泛的应用。






为了解决锂离子在聚氧乙烯醚烷基固体电解质中的电导率和迁移数低的问题,利用聚硫锂的穿梭效应,采用电化学还原法制备了聚乙二醇(乙二醇)甲基丙烯酸甲酯(PEGMA)和硫的固体电解质,实现了锂离子的快速迁移,有效地提高了界面稳定性。全固态聚合物锂电池在50°C下循环循环达到1200次以上。

为了解决聚羟基烷基固体电池需要在高温(50-70℃)下使用,并且在室温和低温下难以工作的问题,研究人员从锂离子传输的微观尺度上用有机小分子丁二酸腈(SN)取代了传统的无机填料。通过调节丁二酸腈与环氧乙烷(EO)的摩尔比。在有效抑制环氧乙烷结晶和削弱环氧乙烷与锂离子结合力的基础上,在离子输运尺度上实现了均相快速离子通道的形成。当丁二胺腈与环氧乙烷的摩尔比为1:4时,固体电解质的离子电导率提高了2个数量级,固态电池在室温和低温(0°C)下也表现出优异的电化学性能。

责任编辑:iiihyt
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