谷林

中國科學院物理研究所，北京 100190

(a)柔性復(fù)合電解質(zhì)膜實物圖；(b)電解質(zhì)膜化學結(jié)構(gòu)變化的拉曼表征；(c)電解質(zhì)膜中形成的絡(luò)合結(jié)構(gòu)； (d-g)紅外、核磁及第一性原理計算對制備過程中Li7La3Zr2O12與溶劑分子絡(luò)合行為的探究； 復(fù)合電解質(zhì)膜的(h)電導率性能，(i)應(yīng)力應(yīng)變曲線，(j)熱失重曲線；(k)含復(fù)合電解膜的電池室溫下的循環(huán)-效率圖

隨著電動汽車和新能源發(fā)電等應(yīng)用的快速發(fā)展，開發(fā)先進的儲能技術(shù)已經(jīng)成為迫切需求。在眾多儲能技術(shù)中，鋰離子電池被認為是最具潛力的儲能技術(shù)之一1。目前市場上普遍使用的鋰離子電池，其電解質(zhì)采用液態(tài)有機電解液材料，可能產(chǎn)生泄露、易燃易爆等問題，使鋰離子電池在使用過程中產(chǎn)生安全隱患。近年來，隨著電動汽車的規(guī)模迅速擴大，電池安全更是得到了空前的重視。針對安全問題，發(fā)展可以取代傳統(tǒng)電池里隔膜和電解液的固態(tài)電解質(zhì)，已經(jīng)成為最為有效的解決途徑之一。固體電解質(zhì)分為無機固態(tài)電解質(zhì)和聚合物電解質(zhì)兩大類。前者離子電導率高，但電極/電解質(zhì)界面處浸潤性很差；后者聚合物基體在低溫下結(jié)晶度高導致離子電導率低，但聚合物黏彈性好，界面可適性強2,3。目前，無機電解質(zhì)填料增強的聚合物基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)有效的結(jié)合了兩者的優(yōu)勢4，但仍不能滿足固態(tài)鋰離子電池商業(yè)化發(fā)展的要求。因此，開發(fā)常溫下具有高離子電導率、低界面阻抗、化學穩(wěn)定且易制備的固體電解質(zhì)材料成為固態(tài)鋰電池領(lǐng)域一個重要的發(fā)展方向。

近日，清華大學材料學院南策文院士課題組研究制備了一種石榴石型氧化物(LLZO)修飾增強的聚偏氟乙烯(PVDF)基固態(tài)復(fù)合電解質(zhì)。其中 LLZO顆粒絡(luò)合極性溶劑分子引發(fā) PVDF鏈斷改性，從而促進電解質(zhì)性能提升。其室溫離子電導率高達 5 × 10-4S·cm-1。該電解質(zhì)膜通過簡單的流延工藝制備，成膜后柔性可自支撐，相比于凝膠電解質(zhì)具有更強的機械性能，相比于無機氧化物陶瓷，對電極材料具有更好的界面兼容性。同時，該電解質(zhì)膜具有良好的熱學穩(wěn)定性。采用該固態(tài)電解質(zhì)膜制備的固態(tài)鋰離子電池在室溫下展現(xiàn)了良好的循環(huán)性能及倍率性能。

該研究工作近期已在Journal of the American Chemical Society上在線發(fā)表5。該工作中報道的固態(tài)電解質(zhì)膜，制備工藝簡單且綜合性能優(yōu)異，有望用于固態(tài)鋰電池電解質(zhì)膜商業(yè)化、規(guī)?；纳a(chǎn)，促進固態(tài)鋰電池領(lǐng)域的發(fā)展。

(1) Wiers, B. M.; Foo, M. L.; Balsara, N. P.; Long, J. R. J. Am. Chem. Soc.2011, 133, 14522. doi:10.1021/ja205827z

(2) Croce, F.; Appetecchi, G. B.; Persi, L.; Scrosati, B. Nature 1998, 394, 456. doi: 10.1038/28818

(3) Liu, T.; Ren, Y.; Shen, Y.; Zhao, S. X.; Lin, Y.; Nan, C. W. J. Power Sources 2016, 324,349. doi: 10.1016/j.jpowsour.2016.05.111

(4) Zhang, J.; Zhao, N.; Zhang, M.; Li, Y.; Chu, P. K.; Guo, X.; Di, Z.; Wang, X.; Li, H. Nano Energy 2016, 28, 447. doi: 10.1016/j.nanoen.2016.09.002

(5) Zhang, X.; Liu, T.; Zhang, S.F.; Huang, X.; Xu, B.Q.; Lin, Y.; Xu, B.; Li, L.; Nan, C. W.; Shen, Y. J. Am. Chem. Soc. 2017, doi: 10.1021/jacs.7b06364