近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所溫兆銀研究員團隊通過離子導電型引發(fā)劑實現(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。

相關工作申請了中國發(fā)明專利，主要研究結果以“InSituGeneratedFireproofGelPolymerElectrolytewithLi6.4Ga0.2La3Zr2O12AsInitiatorandIon-ConductiveFiller”為題發(fā)表在國際頂級期刊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)高離子電導率的優(yōu)點，被認為是當前最適合實際應用的一種電解質(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。為進一步提高其安全性能以及電化學性能，科研工作者們做了大量的研究工作，主要包括有機-有機共混改性、有機-無機復合改性、物理/化學交聯(lián)改性等。

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

溫兆銀研究員團隊以石榴石型固體電解質(zhì)(Li6.4Ga0.2La3Zr2O12)為引發(fā)劑和離子導電型填料，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)過程，從而實現(xiàn)凝膠聚合物電解質(zhì)的原位制備，并對凝膠轉變過程的機理進行了深入研究。

優(yōu)化后的凝膠聚合物電解質(zhì)在20℃時離子電導率達到1.83×10-3Scm-1，室溫下電化學穩(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)良的離子電導率以及保證凝膠聚合物電解質(zhì)和相應鋰電池高安全性的研究新思路。

相關工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金面上項目的資助。

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)組成與結構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驗