中國粉體網(wǎng)訊  在固態(tài)電解質(zhì)的分類中，有機(jī)聚合物電解質(zhì)材料具有較高的柔性，能夠降低固態(tài)電池內(nèi)部阻抗，但是由于自身強(qiáng)度較低，在循環(huán)過程中，鋰枝晶容易穿刺導(dǎo)致電池內(nèi)部短路。無機(jī)聚合物電解質(zhì)材料具有較高的強(qiáng)度，但是由于界面阻抗較大，導(dǎo)致電池循環(huán)末期衰降較快。將有機(jī)無機(jī)復(fù)合是一種結(jié)合兩者優(yōu)勢的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)較低的界面阻抗和較高的離子遷移速率。有機(jī)無機(jī)復(fù)合體系的研究最早是由意大利CROCE發(fā)現(xiàn)。他通過將無機(jī)顆粒摻雜入PEO體系中，實(shí)現(xiàn)了離子電導(dǎo)率大幅度的提升，對比純聚合物電解質(zhì)PEO體系，添加部分納米顆粒到PEO聚合物電解質(zhì)中后，聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率能夠從10^-8S/cm提升至10^-5S/cm，這一研究為有機(jī)無機(jī)復(fù)合聚合物電解質(zhì)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

在CROCE的研究工作之后，眾多研究者將不同的無機(jī)材料，包括SiO₂、TiO₂、Al₂O₃等加入到聚合物電解質(zhì)材料中，均實(shí)現(xiàn)了較好的改性效果。在無機(jī)離子添加過程中，通常加入的都是圓形的無機(jī)納米顆粒，這種無機(jī)離子的加入在眾多的研究中均被證實(shí)能夠提升復(fù)合電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率，從而提升固態(tài)電池的整體性能。盡管目前對于無機(jī)離子的加入導(dǎo)致復(fù)合聚合物電解質(zhì)材料鋰離子擴(kuò)散加快的機(jī)制還有一定的爭議，但是對于加入無機(jī)離子獲取高的離子電導(dǎo)率的方法，眾多研究人員已經(jīng)達(dá)成共識。

在加入納米顆粒用以提升聚合物電解質(zhì)材料離子電導(dǎo)率研究過程中，研究人員不斷開發(fā)出新的改性方法。有研究者在添加傳統(tǒng)無機(jī)納米顆粒的基礎(chǔ)上，通過無機(jī)顆粒表面改性，將無機(jī)顆粒與PEO主鏈交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合網(wǎng)狀交聯(lián)聚合物電解質(zhì)材料，該材料在60℃下達(dá)到了10^-3S/cm的高離子電導(dǎo)率。

復(fù)合交聯(lián)網(wǎng)狀電解質(zhì)材料示意圖

在傳統(tǒng)球型無機(jī)離子添加劑基礎(chǔ)上，有研究者發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的圓形納米顆粒相比較，添加納米線材料具有更好的改性優(yōu)勢。當(dāng)使用納米線摻雜的時(shí)候，鋰離子能夠具有更好的遷移通道，可以通過納米線與聚合物電解質(zhì)材料界面進(jìn)行快速遷移。在相同的摻雜比例下，納米線摻雜能夠?qū)崿F(xiàn)在30℃下達(dá)到6.05×10^-5S/cm的高離子電導(dǎo)率。

有機(jī)無機(jī)復(fù)合聚合物電解質(zhì)材料是復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)研究的熱點(diǎn)之一。除此類材料外，在復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)材料中，準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)也受到研究者們的關(guān)注。以無機(jī)電解質(zhì)為基體，與電解液復(fù)合的固態(tài)電解質(zhì)可稱為準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)。準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)本質(zhì)上是無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)和商業(yè)電解液的復(fù)合，即通過無機(jī)氧化物的特殊形貌，吸附多的電解液制備而成。對于此類電解質(zhì)材料而言，構(gòu)建合適的電解質(zhì)骨架以組裝先進(jìn)的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)是其關(guān)鍵。業(yè)界通過控制制備條件、設(shè)計(jì)特殊微結(jié)構(gòu)、用有機(jī)溶劑調(diào)整固態(tài)電解質(zhì)骨架間的界面等方法設(shè)計(jì)了準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)骨架。近年來，多孔材料由于其特有的高孔隙率和較大的比表面積等優(yōu)點(diǎn)，包括多孔膜、二氧化硅、COF、ZIF-8和MOF在內(nèi)的多孔材料已被用作制備準(zhǔn)固態(tài)電池的結(jié)構(gòu)框架，多孔結(jié)構(gòu)的固態(tài)電解質(zhì)更有利于吸附電解液，提高離子電導(dǎo)率。

針對固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將在常州舉辦第四屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動車、儲能、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產(chǎn)、學(xué)、研合作，共同推動行業(yè)發(fā)展。屆時(shí)，浙江大學(xué)吳浩斌研究員將作題為《納米限域復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)》的報(bào)告。報(bào)告將重點(diǎn)介紹他們團(tuán)隊(duì)基于金屬-有機(jī)框架等新型功能多孔材料，設(shè)計(jì)制備一系列納米孔限域電解液的固液復(fù)合和準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)材料，利用孔道結(jié)構(gòu)的功能位點(diǎn)和空間效應(yīng)調(diào)控電解液的離子輸運(yùn)、局部結(jié)構(gòu)和反應(yīng)活性等物理化學(xué)性質(zhì)，在維持室溫高離子電導(dǎo)率的同時(shí)提升鋰離子遷移數(shù)，并成功用于構(gòu)建高能量密度鋰金屬電池。

專家簡介：

吳浩斌，浙江大學(xué)“百人計(jì)劃”研究員，材料科學(xué)與工程學(xué)院專聘副院長，博士生導(dǎo)師。2010年本科畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系，2015年4月于新加坡南洋理工大學(xué)獲得博士學(xué)位，隨后赴美國加州大學(xué)洛杉磯分校從事博士后研究。2017年7月加入浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。獲高層次人才引進(jìn)計(jì)劃青年項(xiàng)目、浙江省杰出青年基金資助。主要從事微納米結(jié)構(gòu)及新型功能材料的設(shè)計(jì)、合成及其在電化學(xué)儲能、催化等能源、環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用研究工作，重點(diǎn)研究高比能二次電池和含能小分子電催化轉(zhuǎn)化。近年在Nat. Energy,Science Adv.,Nat.Commun.,Matter, Chem,Adv. Mater.,J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Int. Ed.,Energy Environ. Sci.等國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文超過130篇，被引用超過30000次，H-index為82。多次入選科睿唯安全球高被引科學(xué)家。國際知名材料化學(xué)類期刊Matter和Materials Today Sustainability編委，Chem青年編委。

參考來源：

趙彬濤.鋰金屬電池固態(tài)電解質(zhì)材料研究進(jìn)展

郜蒙蒙.多孔無機(jī)結(jié)構(gòu)支撐的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的構(gòu)筑與性能研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）

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