中國粉體網訊 在固態電解質的分類中，有機聚合物電解質材料具有較高的柔性，能夠降低固態電池內部阻抗，但是由于自身強度較低，在循環過程中，鋰枝晶容易穿刺導致電池內部短路。無機聚合物電解質材料具有較高的強度，但是由于界面阻抗較大，導致電池循環末期衰降較快。將有機無機復合是一種結合兩者優勢的方法，能夠實現較低的界面阻抗和較高的離子遷移速率。有機無機復合體系的研究最早是由意大利CROCE發現。他通過將無機顆粒摻雜入PEO體系中，實現了離子電導率大幅度的提升，對比純聚合物電解質PEO體系，添加部分納米顆粒到PEO聚合物電解質中后，聚合物電解質的電導率能夠從10-8S/cm提升至10-5S/cm，這一研究為有機無機復合聚合物電解質的開發奠定了基礎。
在CROCE的研究工作之后，眾多研究者將不同的無機材料，包括SiO2、TiO2、Al2O3等加入到聚合物電解質材料中，均實現了較好的改性效果。在無機離子添加過程中，通常加入的都是圓形的無機納米顆粒，這種無機離子的加入在眾多的研究中均被證實能夠提升復合電解質材料的離子電導率，從而提升固態電池的整體性能。盡管目前對于無機離子的加入導致復合聚合物電解質材料鋰離子擴散加快的機制還有一定的爭議，但是對于加入無機離子獲取高的離子電導率的方法，眾多研究人員已經達成共識。
在加入納米顆粒用以提升聚合物電解質材料離子電導率研究過程中，研究人員不斷開發出新的改性方法。有研究者在添加傳統無機納米顆粒的基礎上，通過無機顆粒表面改性，將無機顆粒與PEO主鏈交聯，實現了復合網狀交聯聚合物電解質材料，該材料在60℃下達到了10-3S/cm的高離子電導率。
復合交聯網狀電解質材料示意圖
在傳統球型無機離子添加劑基礎上，有研究者發現，與傳統的圓形納米顆粒相比較，添加納米線材料具有更好的改性優勢。當使用納米線摻雜的時候，鋰離子能夠具有更好的遷移通道，可以通過納米線與聚合物電解質材料界面進行快速遷移。在相同的摻雜比例下，納米線摻雜能夠實現在30℃下達到6.05×10-5S/cm的高離子電導率。
有機無機復合聚合物電解質材料是復合固態電解質研究的熱點之一。除此類材料外，在復合固態電解質材料中，準固態電解質也受到研究者們的關注。以無機電解質為基體，與電解液復合的固態電解質可稱為準固態電解質。準固態電解質本質上是無機固態電解質和商業電解液的復合，即通過無機氧化物的特殊形貌，吸附多的電解液制備而成。對于此類電解質材料而言，構建合適的電解質骨架以組裝先進的準固態電解質是其關鍵。業界通過控制制備條件、設計特殊微結構、用有機溶劑調整固態電解質骨架間的界面等方法設計了準固態電解質骨架。近年來，多孔材料由于其特有的高孔隙率和較大的比表面積等優點，包括多孔膜、二氧化硅、COF、ZIF-8和MOF在內的多孔材料已被用作制備準固態電池的結構框架，多孔結構的固態電解質更有利于吸附電解液，提高離子電導率。
針對固態電池相關的技術、材料、市場及產業等方面的問題，中國粉體網將在常州舉辦第四屆高比能固態電池關鍵材料技術大會。為致力于固態電池技術開發的企業，科研院校，以及電動車、儲能、特種應用等終端企業提供信息交流的平臺，開展產、學、研合作，共同推動行業發展。屆時，浙江大學吳浩斌研究員將作題為《納米限域復合固態電解質》的報告。報告將重點介紹他們團隊基于金屬-有機框架等新型功能多孔材料，設計制備一系列納米孔限域電解液的固液復合和準固態電解質材料，利用孔道結構的功能位點和空間效應調控電解液的離子輸運、局部結構和反應活性等物理化學性質，在維持室溫高離子電導率的同時提升鋰離子遷移數，并成功用于構建高能量密度鋰金屬電池。
專家簡介：
吳浩斌，浙江大學“百人計劃”研究員，材料科學與工程學院專聘副院長，博士生導師。2010年本科畢業于復旦大學化學系，2015年4月于新加坡南洋理工大學獲得博士學位，隨后赴美國加州大學洛杉磯分校從事博士后研究。2017年7月加入浙江大學材料科學與工程學院。獲高層次人才引進計劃青年項目、浙江省杰出青年基金資助。主要從事微納米結構及新型功能材料的設計、合成及其在電化學儲能、催化等能源、環境領域的應用研究工作，重點研究高比能二次電池和含能小分子電催化轉化。近年在Nat. Energy,Science Adv.,Nat.Commun.,Matter, Chem,Adv. Mater.,J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Int. Ed.,Energy Environ. Sci.等國際學術期刊上發表論文超過130篇，被引用超過30000次，H-index為82。多次入選科睿唯安全球高被引科學家。國際知名材料化學類期刊Matter和Materials Today Sustainability編委，Chem青年編委。
參考來源：
趙彬濤.鋰金屬電池固態電解質材料研究進展
郜蒙蒙.多孔無機結構支撐的準固態電解質的構筑與性能研究
（中國粉體網編輯整理/文正）
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