高性能固态聚合物电解质利于全固态锂电池开发

固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池，相比普通锂离子电池，固态电池具有能力密度高，体积更小、更薄、更安全的优点，是近年来电池研究的重要方向。近日，美国德雷塞尔大学的Christopher Y. Li课题组成功合成一种互穿交联网络纯固态聚合物电解质，对于全固态锂电池的开发具有重要意义。

有着电池“血液”之称的电解液担负着传输离子及形成稳定中间相等作用，是锂电池功能的重要保障，因此，固态电解质在固态电池的研发和使用过程中起到举足轻重的作用。

固态聚合物电解质能够兼顾传统液体电解质的导电性能以及固体树脂化合物的易加工、易成型特性，在改善锂离子电化学性能的同时，也避免了电池漏液、燃烧、爆炸等危险事故的发生。

研究人员以交联环氧乙烷为基础，少量添加聚碳酸丙烯酯并对其含量进行优化合成了这种互穿交联网络纯固态聚合物电解质。聚醚类聚合物（如聚环氧乙烷，PEO）电解质是固态聚合物电解质研究的热点。相关研究显示，交联聚环氧乙烷 (PEO)的聚合物电解质能够有效延长锂金属阳极循环寿命、改善界面性能。

这种固态聚合物可以在保持高离子导电率、高链柔性的前提下，3倍提升锂离子迁移数。而在循环对称锂的实验中，该电解质首次在全固态领域，将循环电流密度提升至1.5 mA/cm2, 并实现超过300小时的有效循环时间。另外，在以该聚合物作为唯一的隔膜和电解质，磷酸铁锂为阴极的全电池测试中，有效寿命（最高电容的80%）超过200次循环，证明基于该电解质的电池具有优秀的循环性能。

总的来说，这种固态聚合物电解质具有良好的机械性能、离子传导性能和电化学性能，可有效的提高锂离子迁移数，延长在高电流密度下的安全循环时间，并展现出与磷酸铁锂阴极材料良好的相容性。

参考文献：Yongwei Zheng, Xiaowei Li, Christopher Y. Li∗. A novel de-coupling solid polymerelectrolyte via semi-interpenetrating network for lithium metal battery. Energy Storage Materials, 2020, DOI:10.1016/j.ensm.2020.04.002