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青岛在动力电池纠合物电解质材料研发方面取得希望

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高效、平安、可靠的动力电池是限度新型近零排放汽车财产的瓶颈,也是新能源汽车的"短板"之一。当前动力电池糊口的最大平安隐患是电池热失控,中国科学院青岛生物能源与进程商量所青岛储能财产技术商量院在征战高平安性动力电池纠合物电解质材料模样统治该平安题目方面取得了阶段性希望,并正速速促使其财产化进程。
现有的锂离子电池液体电解质模样,不能畅速动力电池对高能量、高功率和睦安性等众方面的请求。青岛储能财产技术商量院研发团队提出了"刚柔并济"的研发思路,征战出一系列新型纠合物电解质模样,很好地统治了上述瓶颈题目,同时大幅晋升了平安使勤劳效。"刚柔并济"就是使用"刚"性骨架材料,如聚酰亚胺、芳纶、聚芳砜酰胺、玻璃纤维和纤维素等(Nano Energy, 2014, 10, 277-287; Solid State Ionics, 2013, 245-246, 49-55;232, 44-48; Journal of the Electrochemical Society, 2013, 161, A1032-A1038; Progress in Polymer Science, 2015, 43, 136-164)无纺布材料,厘革电池的力学效用和尺寸热平定效用;哄骗"柔"性离子传输材料,如聚环氧乙烷(PEO)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氰基丙烯酸酯和聚碳酸丙烯酯(PPC)等赋予卓越的离子传导性和界面平定性,通过"并济"即两种或众种材料复合达到众赢的感化,完成综合效用的大幅提高,进而畅速动力电池的请求。
敬天惜物、取法自然,该商量商量"刚柔并济"的复合纠合物电解质模样,完成刚柔的对立统一,来完成力学强度、耐热效用、电位窗口、界面平定性和离子导电率等综合效用的晋升。图1是"刚柔并济"凝胶纠合物电解质的安插理念。
图1 "刚柔并济"纠合物电解质的安插理念
古板的偏氟乙烯类模样虽然具有高的平定性和较高的电位窗口等便宜,但离子导电率较低、湿态下其力学强度和热平定性很差,为厘革古板的偏氟乙烯类的凝胶纠合物电解质的特征,商量团队采用其与聚酰亚胺和聚砜酰胺等无纺布材料纳米尺度复合,刚柔并济、浑然一体,晋升尺寸热平定性和力学强度,完成其综合效用的晋升(Journal of the Electrochemical Society, 2013, 160, A769-A774; Macromolecular Materials and Engineering, 2013, 298, 806-813;ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 128-134);针对其锂离子迁徙系数低的题目,研发了新型的单离子纠合物硼酸锂盐作为外面加强材料(Coordination Chemistry Reviews, 2015, 292, 56-73 ;Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3, 7773-7779)提高其离子迁徙数和相容性,"刚柔并济、相辅相成"晋升电池系统综合效用。
图2 室温聚碳酸酯基全固态纠合物电解质的制备流程图
古板的聚丙烯腈的纠合物电解质具有较高的离子导电率便宜,但物性较脆,加工效用欠好,研发团队采用新型的纠合物电解质基体(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 4720-4727;Electrochim. Acta 2015, 157, 191-198;Electrochem.Comm. DOI : 10.1016/j.elecom.2015.10.009),勾串"刚柔并济"的安插理念,完成了腈基纠合物电解质加工效用等综合效用的晋升。
凝胶的纠合物电池在提高动力电池的平安性方面起了主要的感化,但仍采用少量易挥发和燃烧的碳酸酯类溶剂,在高温或极端前提下使用时仍糊口一定的平安隐患,难以通流利速电动汽车对动力锂电池在高能量和睦安效用等方面的苛刻请求。因此,征战新型高平安性全固态电解质模样对晋升高能量密度动力锂电池的综合效用具有主要事理。
针对古板的PEO模样的较低的电位窗口和较差的尺寸热平定性和力学强度,商量人员采用高电位的氰基丙烯酸酯作为晋升电位窗口的材料;同时采用热固性的纤维素无纺膜作为刚性骨架,提供尺寸热平定性和局部厘革力学强度,征战出一款力学强度高、电化学窗口宽以及尺寸热平定性好的高平安性全固态纠合物电解质,关连商量感化发外在国际期刊(Scientific Reports, 2014, 4, 6272)。针对PEO的室温离子导电率较低的瓶颈题目,商量人员驻足科学题目本身,从用意离子电导率的分子机关出发,勾串离子传输机理与动力学传输的众尺度机制,安插出一款无定形的聚碳酸酯基室温全固态纠合物电解质,经外征发觉:该款全固态纠合物电解质室温电导率可达到10-4S/cm数目级,电化学窗口为4.6 V,倍率效用较好,室温长循环1000圈容量保持率为90%。关连商量感化发外在国际期刊(Advanced Energy Materials, DOI: 10.1002/aenm.201501082)。
图3 全固态纠合物锂电池的四次针刺照片
该商量团队制备的全固态纠合物锂电池用针刺测测试证其平安效用(图3)。通过测试发觉:组装的6 Ah大容量三元模样全固态纠合物锂电池显示出极佳的平安效用,经四次针刺后,全固态锂电池不起火,不爆炸,这是古板的液态锂电池所无法比拟的。这再次注解"刚柔并济"电解质模样在晋升高能量密度锂电池平安效用方面的优势。
青岛储能商量院采用"刚柔并济"的电解质安插理念完成了在高能量密度纠合物电解质电池要害材料研制方面的一系列希望,并与中天科技公司联络征战大容量高平安动力或者储能用单体电池(能量密度达到300 Wh/kg)的财产化技术,协力促使高能量高平安的全固态动力电池的财产化。同时研发团队将此安插理念应用于主动商量新一代的超高能量密度的锂空二次电池的征战,且已有可喜希望。