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華南理工袁偉教授課題組《ACS AMI》:基于溶劑化離子液體的超快紫外光固化凝膠電解質(zhì) - 為鋰電安全賦能
2022-09-19  來源:高分子科技

  鋰離子電池由于其高能量密度、長循環(huán)壽命、充電速度快、放電功率高、自放電率小、記憶效應(yīng)小等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用到動力集成(新能源汽車),消費電子(手機、筆記本、智能穿戴),儲能領(lǐng)域(5G基站,電網(wǎng)),深入到生活的方方面面。然而,傳統(tǒng)鋰離子電池采用易燃、易泄漏以及易揮發(fā)的有機液態(tài)電解質(zhì)和熱穩(wěn)定性差的聚合物隔膜,如遭遇破壞會帶來嚴重的安全隱患。制備高安全性、高性能的凝膠電解質(zhì)為緩解上述問題帶來重要解決思路。


1 光固化凝膠電解質(zhì)制備示意圖


  近期,華南理工大學(xué)節(jié)能與新能源先進制造學(xué)術(shù)團隊袁偉教授課題組在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上發(fā)表了題為High-performance and highly safe solvate ionic liquid-based gel polymer electrolyte by rapid UV-curing for lithium-ion batteries”的原創(chuàng)性文章(DOI:10.1021/acsami.2c13325)。該課題組報道了一種基于溶劑化離子液體的光固化凝膠聚合物電解質(zhì)。低揮發(fā)性、高熱穩(wěn)定性的溶劑化離子液體(SIL)在短短30秒內(nèi)通過高效的光固化工藝被凝膠化,形成柔性的SIL基凝膠聚合物電解質(zhì)(SGPE)。 合成的SGPE室溫離子電導(dǎo)率為0.63 mS cm-1,具備良好的力學(xué)性能(壓縮模量:1.701 MPa)和高熱穩(wěn)定性(216°C分解)。此外,SGPE與金屬鋰的兼容性好,組裝的Li|SGPE|LiFePO4電池表現(xiàn)出高充放電可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性,750次循環(huán)后容量保持率為99.7%,平均庫侖效率為99.7%。軟包電池驗證結(jié)果表明SGPE在高安全、柔性儲能器件領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。文章由華南理工大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院、環(huán)境與能源學(xué)院的作者共同完成。該研究得到國家自然科學(xué)基金項目等支持。 


2 SGPE的合成/安全/力學(xué)/電化學(xué)性能表征:(a)UV光照前后的紅外光譜;(b)SGPE表面的掃描電鏡圖;(c)拉曼光譜;(d)熱重分析測試;(e)熱尺寸穩(wěn)定性測試;(f)點燃測試;(g)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線;(h)25°C到85℃的離子電導(dǎo)率;(i)電化學(xué)窗口;(j)鋰對稱循環(huán)測試 


3 SGPE所裝配電池的電化學(xué)性能(室溫):Li|SGPE|LiFePO4電池的(a)倍率性能(b)循環(huán)性能;Li|SGPE|Li4Ti5O12電池的(c)倍率性能(d)循環(huán)性能;(e)循環(huán)后的電極/電解質(zhì)界面的掃描電鏡圖;LiFePO4|SGPE|Li4Ti5O12電池的(f)充放電曲線(g)循環(huán)性能 


4 (a)SGPE的原位和非原位制備工藝;(b)軟包柔性測試;(c)原位/非原位制備工藝在受力不均下的截面示意圖


  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c13325


作者團隊簡介


  華南理工大學(xué)“面向新能源和儲能的先進制造技術(shù)”學(xué)術(shù)團隊長期致力于鋰離子電池、燃料電池、先進儲能、能源高效利用與轉(zhuǎn)化、熱管理及熱設(shè)計、新能源汽車等方面的創(chuàng)新研究和成果轉(zhuǎn)化。


  團隊負責(zé)人袁偉現(xiàn)為華南理工大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師,機械制造及其自動化學(xué)科方向帶頭人。美國佐治亞理工學(xué)院先進電池創(chuàng)新中心高級訪問學(xué)者。現(xiàn)為“先進電動汽車電源及熱控系統(tǒng)”廣東省工程技術(shù)研究中心主任,“節(jié)能與新能源綠色制造”廣東省工程技術(shù)研究中心常務(wù)副主任。國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者,霍英東青年科學(xué)獎獲得者,廣東青年五四獎?wù)芦@得者。入選國家“萬人計劃”領(lǐng)軍人才、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、廣東省特支計劃領(lǐng)軍人才等。


  第一作者簡介:高欣竹,在讀碩士研究生,研究方向為光固化鋰電池電解質(zhì)。

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