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北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程系范星河教授/沈志豪副教授及其研究團(tuán)隊成功研發(fā)出了一種新型、具有高溫離子傳導(dǎo)率的鋰電池固態(tài)聚電解質(zhì)膜，有望打破現(xiàn)有鋰離子電池產(chǎn)業(yè)格局。相關(guān)研究成果Microphase Separation and High Ionic Conductivity at High Temperatures of Lithium Salt-Doped Amphiphilic Alternating Copolymer Brush with Rigid Side Chains已發(fā)表于Macromolecules 2015, 48(23), 8557-8564.，后續(xù)研究工作將陸續(xù)發(fā)表。

隨著能源危機(jī)與環(huán)境保護(hù)的雙重壓力，鋰離子電池應(yīng)用市場規(guī)模得到了迅猛擴(kuò)張，但也存在著一些安全隱患，時有報道手機(jī)、汽車等爆炸等危險事故。由于在鋰離子電池中使用的電解質(zhì)是液體電解液，受熱易膨脹，造成電解液泄露，高溫時電解液還可能燃燒。因此人們開始研究固態(tài)聚電解質(zhì)。

固態(tài)聚電解質(zhì)由于其具有很好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，成為當(dāng)今科學(xué)家的研究熱點(diǎn)。PEO/鋰鹽復(fù)合體系是一類固態(tài)聚電解質(zhì)。固態(tài)聚電解質(zhì)由于其具有很好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，成為當(dāng)今科學(xué)家的研究熱點(diǎn)。

PEO/鋰鹽復(fù)合體系是一類固態(tài)聚電解質(zhì)。在鋰離子電池中，使用最多的嵌段共聚物是聚苯乙烯-b-PEO嵌段共聚物。當(dāng)其作為固態(tài)電解質(zhì)使用時，溫度升高到120 ^oC以上，復(fù)合體系軟化，失去機(jī)械強(qiáng)度和支撐作用，鋰離子電池發(fā)生短路。另外一方面柔柔嵌段共聚物高溫下不夠穩(wěn)定，這兩個因素使得鋰離子電池的使用溫度都在150 ^oC以下。

電解質(zhì)與電池事故關(guān)系

基于上述考慮，范星河/沈志豪及其團(tuán)隊成員成功研發(fā)出一種雙親性含剛性聚合物側(cè)鏈的嵌段共聚聚合物刷。由于該聚合物刷側(cè)鏈之間較大的排斥力，提高了嵌段間的相互作用參數(shù)，有利于共聚聚合物刷自組裝，提高微相分離結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這種含PEO的聚合物刷在高溫下也能保持原有的自組裝結(jié)構(gòu)，有利于提高聚電解質(zhì)的穩(wěn)定性。

該含剛性聚合物側(cè)鏈的雙親嵌段共聚聚合物刷的鋰鹽復(fù)合體系，在高溫下具有高的離子傳導(dǎo)率，有望解決目前市場上使用的鋰離子電池的安全隱患等問題，可大大提高電池的安全性，應(yīng)用于火箭，衛(wèi)星或者飛行器等需要承受高溫場合的高溫下使用的鋰離子電池。

固態(tài)聚電解質(zhì)結(jié)構(gòu)與離子傳導(dǎo)率關(guān)系

研究結(jié)果表明，采用含剛性側(cè)鏈的雙親性無規(guī)/嵌段共聚聚合物刷的鋰鹽復(fù)合體系，制備的離子電池的鋰離子傳導(dǎo)率隨著溫度的增加而增加，在200^oC時的離子傳導(dǎo)率為1.58×10^-3 S/cm，達(dá)到了目前文獻(xiàn)報道的含PEO的固態(tài)聚電解質(zhì)離子傳導(dǎo)率最高水平，有希可應(yīng)用于高溫鋰離子電池中的固態(tài)聚電解質(zhì)。該研究成果具有巨大的產(chǎn)業(yè)化前景，并有望改變現(xiàn)有鋰離子電池產(chǎn)業(yè)格局。

該項研究得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目等項目的資助。

論文鏈接： http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.macromol.5b01678