中國粉體網訊  聚合物電解質不但具有較好的導電性，而且具有高分子材料所特有的質量輕、彈性好、易成膜等特點，在一定程度上符合化學電源質輕、安全、高效、環保的發展趨勢，因此成為近幾年化學電源研究和開發的熱點。

不同種類電解質及其鋰離子電池體系的性質對比

聚合物電解質的構成

聚合物固態電解質(SPE)由聚合物基體和鋰鹽構成，具有黏彈性好、機械加工性能優等特點。常用的鋰鹽有LiPF₆，LiTFSI，LiClO₄，LiAsF₄和LiBF₄等，SPE基體包括聚環氧乙烷（PEO）、聚硅氧烷和脂肪族聚碳酸酯等。

聚合物電解質的離子電導率

環氧乙烷（PEO）基聚合物電解質

目前主流的固態聚合物電解質仍以PEO及其衍生物為主，主要是因為PEO對金屬鋰穩定，并且可以更好地解離鋰鹽。但是固態聚合物電解質中離子傳輸主要發生在無定形區，而室溫條件下未經改性的PEO的結晶度高，導致離子電導率較低，處在10^-7S/cm的數量級，同時鋰離子遷移數也很低（0.2~0.3），嚴重影響電池大電流充放電的能力。

聚環氧乙烷（PEO）的結構及其導電機理

解決PEO結晶的最為簡單有效的方法是對聚合物基體進行無機粒子雜化處理，無機粒子的加入擾亂了基體中聚合物鏈段的有序性，從而降低其結晶度，同時聚合物、鋰鹽、無機粒子之間產生的相互作用增加了鋰離子傳輸通道，提高了電導率和離子遷移數，無機粒子填料還可以起到吸附復合電解質中的痕量雜質（如水分）、提高力學性能的作用。目前研究較多的無機填料包括MgO、Al₂O₃、SiO₂等金屬氧化物納米顆粒以及沸石、蒙脫土等。

上述方案可以提高鋰離子電導率，但是界面問題卻不能得到滿意的解決。北京師范大學化學學院的李林教授及其課題組通過可控陽離子聚合這一方法，創新性地開發出一種超薄聚合物固態電解質膜。所制備的超薄固態聚合物電解質膜厚度可小于10μm，具有良好的強度和韌性，與電極間界面接觸良好，室溫離子電導率接近10^-4S/cm，可實現“卷對卷”規模制造。同時，聚合物電解質薄膜與金屬鋰的界面穩定性佳，能有效地保護金屬鋰負極，提高金屬鋰電池的循環壽命。實驗室將其應用于Li-S、Li-LiFePO₄以及Li-NCM等固態電池體系中，在0.5C充放電條件下，可獲得穩定的循環性和較高的比能量密度。

Fig. 1. (a) The surface and (b) cross-sectional morphologies of solid polymer electrolyte membrane. (c) The cycle performances and (d) charge/discharge curves of Li-S batteries with solid polymer electrolyte membrane.

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專家簡介

李林教授，1999年香港科技大學獲博士學位。2000年回到中國科學院化學研究所，任研究員、博士生導師。2010年到北京師范大學化學學院，任教授、博士生導師。

主要從事高分子材料結構與性能方面的研究，在高分子結晶、鋰離子電池隔膜、高分子多孔材料、聚合物電解質等方面從基礎研究、應用基礎研究到實際應用等方面開展了系統的工作。2003年獲“國家杰出青年科學基金”資助。先后承擔十余項國家重點項目如國家863方向項目“低成本鋰離子電池隔膜關鍵技術研究”，國家自然科學基金委重點項目“仿生納米通道隔膜的能量轉換特性研究”。

發表與接收期刊論文100余篇，分別發表在Sci. Adv.， J. Am. Chem. Soc.， Adv. Mater.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Funct. Mater.，Adv. Polym. Sci.，Macromolecules，Polymer，Langmuir等雜志上，其中發表的Macromolecules, 2001, 316文章被Science雜志“Editor’s Choice”欄目作為年度高分子學科領域的研究亮點進行介紹。論文被SCI引用700余次，擔任“高分子科學”雜志編委。申請專利30余項，并有10項專利授權。2004年獲得首屆中國分析測試協會優秀青年獎，2007年Polymer雜志第二屆“馮新德高分子獎最佳文章提名獎”。

參考來源：

李楊.全固態鋰離子電池關鍵材料研究進展

陳龍.全固態鋰電池關鍵材料—固態電解質研究進展

劉魯靜.全固態鋰離子電池技術進展及現狀

（中國粉體網編輯整理/墨玉）

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