西安交通大学科研人员在聚合物固态电池领域取得新进展

聚合物电解质因其良好的延展性、可加工性和界面接触性能等优点在固态锂金属电池的开发中引起广泛关注。然而，在传统的聚合物电解质中，由于锂离子与聚合物的路易斯碱位点的强力耦合，锂离子传输速率通常慢于对应的阴离子，锂离子迁移数（LTN）较低，而且无效的阴离子会在电极附近形成浓度梯度，这不可避免地会导致浓差极化的产生。此外，根据Chazalviel提出的空间电荷模型及阴离子迁移速率对锂枝晶生长的影响可知，界面处阴离子的消耗和移动速率会关系到锂枝晶的成核和生长。因此，减缓阴离子的移动速率和不均匀聚集是减缓浓差极化抑制锂枝晶生长的有效方法。

近日，西安交通大学化学学院丁书江教授和郗凯教授团队制备了含有单离子导体聚合物（SICP）锂盐和传统双离子锂盐（LiTFSI）的双盐体系聚合物电解质SF@d-QSPE。其中SICP可以提供聚阴离子，通过排斥作用降低自由阴离子（TFSI）的移动速率，提高LTN至0.75；同时传统双离子锂盐解离出足够的锂离子，确保了令人满意的有效锂离子电导率（σLi+，0.87 mS cm−1）。该双盐体系弥补了SICP锂盐σ低和传统双离子锂盐LTN低的不足，促进电解质中离子均匀分布，有效缓解浓差极化。组装的Li||Li对称电池可以进行稳定的锂沉积/剥离，组装的Li||LiFePO4电池可以稳定循环2000圈。此外，软包电池在弯曲、刺穿和剪切状态下能点亮LED灯，展现出较好的柔性和界面接触稳定性。该工作为构筑高有效锂离子电导率和低浓差极化的聚合物锂金属电池提供新思路。

该成果近日发表在综合性国产领军期刊《科学通报》（Science Bulletin）上。西安交通大学博士生崔满营为本文第一作者，西安交通大学化学学院丁书江教授和郗凯教授为本文共同通讯作者。相关工作得到了西安交通大学能源与动力工程学院屈治国教授的指导和帮助。该研究工作由国家自然科学基金和陕西省秦创原创新人才计划项目资助，也得到了西安交通大学分析测试中心的支持。