鋰電池的救星——固態聚合物電解質

儲能設備是現代人類進步的關鍵技術。由於鋰電子二次電池具有工作電壓高、循環壽命長、環境污染小等諸多優點，成為應用極為普遍的綠色化學能源。新一代高比能量鋰電池是未來儲能器件的發展方向，但是由於高能量密度鋰電池因使用有機電解液而存在易漏液、著火、爆炸等一系列安全隱患，提升電池安全性便成為當下研究的重點。

近日，清華大學材料學院研究出了新型固態聚合物電解質取代傳統有機電解液，成功地解決了這一難題。這種電解質具有高離子電導率、低電極/電解質界面阻抗、良好的機械強度，對於提升電池的安全具有十分重要的意義。

研究人員首先通過改進化學工藝構建了低阻抗的石墨電極/凝膠聚合物電解質界面。在此基礎上將腈類在丁二腈全固態電解質（SEN）中原位聚合，這樣使得電極與SEN之間保持良好的粘附性，明顯降低了界面阻抗並使得聚合物電池呈現處良好的電化學性能。

其次，又將二縮三丙二醇二丙烯酯單體溶於碳酸酯基電解液配得前驅體溶液，製成納米球基複合固態電解質（SiSE）。由於穩定、低阻抗的電極/固態電解質界面和SiSE對鋰枝生產具有顯著抑制作用，使用SiSE的固態鋰金屬電池表現出優越的循環性能和安全性。

SISE製備流程

再次，研究人員將含有氟代碳酸乙烯酯的醚類電解液吸入納米球層製得准固態電解質。這種豐富的介孔結構可吸附多硫化物限制穿梭效應，使鋰化硅-硫全電池的循環性能得到明顯改善，並在短路條件下保持結構無損。

最後，採用原位方法設計了高安全性層次結構聚離子液體基固態電解質。該電解質同時具備高離子電導率，低電極/電解質界面阻抗和良好的機械強度，在鋰離子和鈉離子電池中均表現出優越的電化學性能。

該項研究成果不僅成功製備了准固態聚合物電解質，並且首次將聚離子液體材料的應用從鋰離子電池擴展到鈉離子電池，為新型儲能器件的發展提供了良好的思路。