近日,北京大學化學與分子工程學院高分子科學與工程系教授范星河/沈志豪副教授及其研究團隊成功研發(fā)出了一種新型、具有高溫穩(wěn)定性的鋰電池固態(tài)聚電解質(zhì)膜,有望打破現(xiàn)有鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)研究、產(chǎn)業(yè)格局。相關(guān)研究成果Solid Polymer Electrolytes with Excellent High-Temperature Properties Based on Brush Block Copolymers Having Rigid Side Chains (http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.6b15893)已在線發(fā)表于國際期刊(ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, DOI: 10.1021/acsami.6b15893)。
隨著能源危機與環(huán)境保護的雙重壓力,鋰離子電池應(yīng)用市場規(guī)模得到了迅猛擴張,但也存在著一些安全隱患,時有報道手機、汽車等爆炸等危險事故。
固態(tài)聚電解質(zhì)由于其具有很好的熱穩(wěn)定性和機械強度,成為當今科學家的研究熱點。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)定性和機械強度,成為當今科學家的研究熱點。
在鋰離子電池中,目前使用的PEO/鋰鹽復(fù)合體系當溫度升高到120 oC以上時,復(fù)合體系軟化,失去機械強度和支撐作用,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。
基于上述考慮,范星河教授/沈志豪副教授及其團隊成員成功研發(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200oC時的離子傳導(dǎo)率為1.58×10-3 S/cm,達到了目前文獻報道的含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基金重點項目等項目的資助。
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