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华中科技大学张恒教授/周志彬教授等《自然·通讯》：对固态锂金属电池用聚合物电解质的思考

时间：2023-08-15 来源： 浏览：

华中科技大学张恒教授/周志彬教授等《自然·通讯》：对固态锂金属电池用聚合物电解质的思考

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在锂离子电池（LIBs）进入商品市场之前，固态锂金属电池（SSLMBs）曾被认为是很有前景的高能量电化学储能系统，但在20世纪80年代末，由于安全问题几乎被放弃。然而，经过三十年的发展，LIBs技术现在正接近其理论能量和摇椅化学所施加的安全极限。这些方面促使SSLMBs技术研究活动在学术和工业层面上的复兴。

近日， 华中科技大学 张恒教授 、 周志彬教授 、西班牙可替代能源合作研究中心 Michel Armand教授 、澳大利亚迪肯大学 Chen  Fangfang  对固态聚合物电解质（SPEs）进行了个人的思考，包括从早期开发到在SSLMBs中的实施，重点介绍了其中的重要里程碑。特别是，作者结合C. Austen Angell在20世纪90年代初提出的耦合和解耦固态聚合物电解质概念，讨论了固态聚合物电解质的特性。 此外，这项工作还探讨了改善SPEs物理化学和电化学特性的可行方法。通过这篇文章，作者还旨在强调构建理想SSLMBs中缺失的部分，并促进对未来可充高能电池的创新电解质材料的研究。
文章要点：
1. 这项工作对SPEs及其在SSLMBs中的应用进行了反思，重点关注了过去五十年研究和开发过程中取得的重要里程碑。
2. SPEs的出现源于对软固态电解质的需求，以规避使用无机固态电解质的SSLMBs所面临的接触问题。SPEs的使用刺激了SSLMBs的发展，使锂金属负极的长期循环成为可能。对于未来的发展，必须牢记设计基于SPEs的高性能SSLMBs不仅需要高离子传导性的SPEs，还需要稳定的电极/电解质界面。
3.正如C. Austen Angell所建议的，解耦SPEs系统有助于设计具有定制结构的锂盐和聚合物，以及构建对阳离子传输具有高选择性的锂离子导SPEs。作者认为，将高能量转换型正极活性材料与SPEs耦合，可以有效提高SPEs基最先进SSLMBs的能量密度，同时改善转换型正极的固有特性（如抑制体积变化、增强氧化还原动力学、高点密度等）。
4. 必须强调的是，具有足够几何柔性的SPEs是解决SSLMBs中固-固接触问题的关键；可以预见的是，具有更高的电化学稳定性和离子电导率（尤其是纯阳离子电导率）的SPEs将继续成为开发更具可持续性电池技术的理想解决方案。
图1 迈向全固态电池的发展
图2 SPEs、无机固态电解质和非水液体电解质的比较
图3 偶联SPEs开发的关键步骤
图4 几种具有代表性的解耦SPEs的性质
图5 正极活性材料和SPEs在实际应用中的应用
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原文链接： https://www.nature.com/articles/s41467-023-40609-y 
来源：高分子科学前沿
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