中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：可印制的、彎曲的且具有“記憶性”的高分子電解質(zhì)。圖片：Advanced Materials
鋰離子電池自問世以來，以其獨(dú)特的高能量密度、高輸出電壓、長循環(huán)壽命、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)受到了人們的廣泛青睞，已在消費(fèi)電子市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，并力爭(zhēng)在未來電動(dòng)汽車和可再生能源儲(chǔ)存等大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，但其安全性和價(jià)格問題必須妥善解決。
鋰離子電池的安全問題主要源于熱失控的發(fā)生，電極/液態(tài)有機(jī)電解液相互作用的熱穩(wěn)定性是制約鋰離子電池安全性的首要因素。因此，探索高安全和可靠性新型電解質(zhì)以替代有機(jī)電解液是解決鋰離子電池安全性問題的有效途徑之一。聚合物電解質(zhì)應(yīng)運(yùn)而生，其可有效緩解甚至消除電解質(zhì)與電池材料之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),避免電解質(zhì)滲漏,可望提高鋰離子電池的安全性和能量密度等。更重要的是，機(jī)械強(qiáng)度高和柔韌性好的聚合物電解質(zhì)的運(yùn)用將使得“印刷”鋰離子電池成為可能，不僅可拓展鋰離子電池在“柔性”電子器件上的應(yīng)用，更可望降低鋰離子電池的制造成本。
近日，韓國科學(xué)家Lee Sang-young等研制出一種新穎的具有非牛頓流體力學(xué)性質(zhì)的流體，發(fā)現(xiàn)作用于這種流體的剪切力越大，其性質(zhì)越接近固體，可以制備成具有良好機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)異柔韌性的固態(tài)電解質(zhì)膜。區(qū)別于以往的鋰離子電池聚合物電解質(zhì)，該電解質(zhì)由乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯（ETPTA）、電解質(zhì)碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)以及適量的Al2O3組成。適量Al2O3的加入，不僅有助于形成非牛頓流體，而且可起關(guān)鍵的支撐和調(diào)節(jié)作用，使膜可根據(jù)所處環(huán)境的需要任意變形，在保證電極材料原有結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的同時(shí)，提高鋰離子電池的安全性。
鋰離子電池電解質(zhì)必須具備寬的電化學(xué)窗口和優(yōu)異的離子傳導(dǎo)性和熱穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，該新型固態(tài)電解質(zhì)膜的電化學(xué)窗口可高達(dá)4.5 V，室溫下離子傳導(dǎo)率超過了10-3 S cm-1，熱穩(wěn)定溫度最少可達(dá)100 ℃，加上其優(yōu)良的柔韌性和機(jī)械穩(wěn)定性，其綜合性能遠(yuǎn)優(yōu)于之前所報(bào)道的聚合物電解質(zhì)。當(dāng)用于鋰離子電池時(shí)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過50次的充放電循環(huán)，電池的比容量幾乎沒有衰減，庫倫效率高，初步證明了其在鋰離子電池工作環(huán)境下，具有很高的穩(wěn)定性。研究人員進(jìn)一步使用三維硅作為鋰離子電池的負(fù)極，通過對(duì)比多次充放電前后的電極形貌，驚奇地發(fā)現(xiàn)這種新型的聚合物電解質(zhì)膜可適應(yīng)三維硅電極的形貌而發(fā)生變化，保全了電極的三維結(jié)構(gòu)，充分驗(yàn)證其對(duì)電極結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用。
這種具有高熱穩(wěn)定性和離子傳導(dǎo)率的可壓印和彎曲的新型聚合物電解質(zhì)的成功研制，將使鋰離子電池電解質(zhì)可與各種形貌的電極材料做到無縫結(jié)合，有望大規(guī)模應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)三維鋰離子電池的制造，改善鋰離子電池的安全性，降低生產(chǎn)成本，拓展應(yīng)用領(lǐng)域。（來源：materialsviewschina）
