赵金保教授课题组

功能电解液&聚合物电解质

1)功能电解液

正极材料的高电压化是提高锂离子电池能量密度的另一重要途径。具有特殊功能的添加剂构成的功能性电解液设计是保证电池高电压化过程中电化学性能的关键技术。

电解液开发策略

团队通过添加剂实现固/液界面调控,有众多专利发明,并在高电压电池、硅基电池等研发方面积累有丰富的设计和实际经验。目前在该领域,已有授权专利36项,包括24项日本专利、6项美国专利、6项中国专利,同时具有公开专利41项。课题组通过系统研究锂过渡金属氧化物对电解液的催化作用,通过在电解液中添加环状或链状的有机硫基氧化物实现了对正极材料/电解液固液界面的原位调控,发明了系列新型功能电解液和在高电压下使用、高温储藏性优异的高容量三元体系锂离子电池(JP5279045USP7829226CN1877897B),解决了锰基层状结构或尖晶石结构的锂金属氧化物正极材料高温条件下的劣化问题。当前所有锰基材料都需使用该技术,包括现在广泛使用的三元正极材料。该发明已在全世界获得专利授权,被世界主要企业广泛利用,是该领域最重要专利之一。

近年来,围绕高电压正极材料、高电压锂金属电池体系,课题组采用添加剂策略、电解液组成优化策略、局域高浓度电解液策略,对正极材料/电解液界面、负极/电解液界面进行调控。


高电压正极体系锂离子电池用功能电解液研究进展


2)聚合物电解质

将以有机溶剂为主要成分的电解液换成聚合物电解质是解决锂电池安全性问题的有力策略。聚合物电解质是以聚合物为基体和导电网络的离子导电体系,具有不易点燃、易于成型加工、柔韧性好等优点。换用聚合物电解质后,原有的安全性问题得到解决,同时易于成型加工,进一步降低电池封装成本。同时,聚合物电解质有望适配锂金属负极,将可进一步提升电池能量密度。然而,聚合物电解质的低电导率是亟待解决的问题。

离子解离程度低、导锂高分子链段运动能力弱和常温下聚合物基体结晶是造成离子电导率低的三大原因。对此,课题组从结构设计的角度出发制备一系列高性能的新型聚合物电解质。通过引入环氧丙烷、酯基等嵌段,抑制聚氧化乙烯(PEO)的结晶,提升常温下的电导率;加入功能化活性填料,提供新的导电通道并抑制结晶;引入新型易电离的锂盐基团,提升单离子导体的载流子浓度。下一步的研究方向,一方面需继续深入研究聚合物电解质结构与性能的构效关系,指导新型功能化聚合物电解质的制备,另一方面需将聚合物电解质器件化,将其由实验室搬到实际应用场景之中。




Free counters!

  • Copyright ©化学电源与储能材料实验室 版权所有 2016 All Rights Reserved
    地址:思明校区:厦门大学化学楼438 福建省厦门市思明区
    翔安校区: 能源材料大楼5号楼 福建省厦门市翔安区
    电话:0592-2186935  0592-2186930
    E-mail:jbzhao@xmu.edu.cn