离子聚合原位固态化构建高安全锂电池固态聚合物电解质的研究进展★

doi:10.6023/A23030085

化学学报 ›› 2023, Vol. 81 ›› Issue (8): 1064-1080.DOI: 10.6023/A23030085 上一篇下一篇

所属专题：庆祝《化学学报》创刊90周年合辑

综述

离子聚合原位固态化构建高安全锂电池固态聚合物电解质的研究进展^★

苑志祥^a^,^b, 张浩^a, 胡思伽^a, 张波涛^b^,^*(), 张建军^a^,^*(), 崔光磊^a^,^*()

a 中国科学院青岛生物能源与过程研究所青岛储能产业技术研究院青岛 266101
b 青岛大学化学化工学院青岛 266071

投稿日期:2023-03-20 发布日期:2023-09-14

作者简介:

苑志祥, 青岛大学化学化工学院在读硕士研究生, 中国科学院青岛生物能源与过程研究所联合培养硕士研究生. 主要从事原位固态化构建高性能固态聚合物电解质的研究.

张波涛, 青岛大学教授, 硕士生导师. 本科、硕士、博士先后毕业于青岛大学、国家海洋局第一海洋研究所、中国海洋大学. 2007年到青岛大学任教. 主要从事生物化工、油田化学等方面研究, 先后主持、参加国家科技部海洋公益性行业科研专项、国家自然科学基金、国家海洋局科技攻关项目、“十三五”国家科技重大专项等项目. 发表学术论文30余篇.

张建军, 中国科学院青岛生物能源与过程研究所副研究员, 硕士生导师, 中国科学院青年创新促进会会员. 2011年进入中国科学院青岛生物能源与过程研究所工作, 主要研究方向是: 高电压聚合物固态锂(钠)二次电池技术及其关键材料. 主持承担国家自然科学基金面上项目(2项)、国家自然科学基金青年基金(1项)等多个项目. 以第一(含共一)或通讯作者在Advanced Energy Materials、Small、Energy & Environmental Science等国际权威学术期刊发表SCI论文30篇(其中4篇入选ESI高被引论文), 总引用次数2729次. 申请PCT国际专利2项, 获得授权欧洲专利1项; 授权中国发明专利20项, 授权中国实用新型专利3项. 2017年获得青岛市自然科学奖一等奖(第五完成人); 2018年获得山东省自然科学奖一等奖(第五完成人); 2021年获得青岛市科技进步奖一等奖(第五完成人).

崔光磊, 中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员, 博士生导师, 国务院特殊津贴专家, 国家杰青和WR计划, 中科院深海智能技术先导专项副总师(固态电池基深海能源体系), 青岛市储能产业技术研究院院长, 国际聚合物电解质委员会理事. 2005年于中国科学院化学所获得有机化学博士学位, 2005年9月至2009年2月先后在德国马普协会高分子所和固态所从事博士后研究. 2009年2月起于中科院青岛生物能源与过程研究所工作. 2009年入选中国科学院“百人计划”(终期评估优秀), 2009年获山东省自然科学杰出青年基金资助, 2015年入选山东省“泰山学者特聘专家”, 2016年获国家自然科学杰出青年基金资助, 2018年至2021年, 十三五国家重点研发计划新能源汽车专项, 高比能固态电池项目负责人. 主要从事低成本高效能源储存与转换器件的研究. 作为负责人/课题负责人承担国家自然科学杰出青年基金, 国家973计划, 863计划, 国家自然科学基金面上项目, 省部级及中科院先导专项, 企业横向项目等多项科研项目. 在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等发表论文300余篇, 引用2万余次, 申请国家专利210余项, 授权113项, 申请PCT专利6项, 授权欧洲专利1项, 出版《动力锂电池中聚合物关键材料》书籍一部. 获得2017年青岛市自然科学奖一等奖(第一完成人); 获得2018年山东省自然科学奖一等奖(第一完成人); 获得2021年青岛市科技进步奖一等奖(第一完成人).

^★庆祝《化学学报》创刊90周年.

基金资助:
项目受国家自然科学基金(52073298); 项目受国家自然科学基金(52273221); 中国科学院青年创新促进会(2020217); 江苏省高效电化学储能技术重点实验室开放课题基金(EEST2022-1)

Research Progress of Ion-initiated in situ Generated Solid Polymer Electrolytes for High-safety Lithium Batteries^★

Zhixiang Yuan^a^,^b, Hao Zhang^a, Sijia Hu^a, Botao Zhang^b(), Jianjun Zhang^a(), Guanglei Cui^a()

a Qingdao Industrial Energy Storage Research Institute, Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266101
b School of Chemistry and Chemical Engineering, Qingdao University, Qingdao 266071

Received:2023-03-20 Published:2023-09-14
Contact: *E-mail: botaozhang@qdu.edu.cn; zhang_jj@qibebt.ac.cn; cuigl@qibebt.ac.cn; Tel.: 0532-80662746; Fax: 0532-80662744
About author:
^★Dedicated to the 90th anniversary of Acta Chimica Sinica.
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52073298); National Natural Science Foundation of China(52273221); Youth Innovation Promotion Association of Chinese Academy of Sciences(2020217); Open Fund of Jiangsu Key Laboratory of Electrochemical Energy Storage Technologies(EEST2022-1)

文章分享

摘要/Abstract

锂离子电池已经广泛应用于电动汽车、移动智能设备、大规模储能等国民经济的诸多方面, 并逐步向深海、深空、深地、单兵作战装备等特种应用领域进军. 然而采用传统碳酸酯液态电解液的锂电池普遍存在易泄露、易燃烧、易爆炸等潜在安全隐患, 因此亟待开发高安全的固态电解质. 固态聚合物电解质因其优越的机械韧性, 以及可以有效兼容现有锂电池生产工艺等优点而受到极大关注. 具体到制备工艺方面, 溶液铸膜法等非原位技术制备的固态聚合物电解质因其与正负极之间存在不良固/固接触, 导致产生较高的界面阻抗进而恶化电池性能; 相比较而言, 采用原位固态化制备技术, 则有利于液态前驱体充分润湿正负极进而保证良好的界面稳定性和高效离子传输. 然而, 目前大多数原位固态化技术是自由基热聚合需要加入额外引发剂且需要高温等苛刻条件; 而离子聚合则具有巨大优势, 其可以在室温条件下以锂盐或锂金属等作为引发剂进而有效避免杂质引入. 截至目前离子聚合原位固态化构建高安全锂电池固态聚合物电解质已取得相当大的研究进展, 因此本文从阳离子聚合和阴离子聚合两方面对原位固态化构建的固态聚合物电解质进行系统阐述, 并在文末对离子聚合原位固态化策略构建高安全锂电池固态聚合物电解质所存在的挑战和未来发展趋势进行了详细论述.

关键词: 离子聚合, 原位固态化技术, 固态聚合物电解质, 高安全锂电池, 界面稳定性

Lithium-ion batteries, widely used in many aspects of the national economy such as electric vehicles, mobile intelligent devices and large-scale energy storage, have gradually entered special applications area including deep sea, deep space, deep ground and individual combat equipment. However, lithium batteries using traditional carbonate liquid electrolytes often suffer from potential safety risk such as electrolyte leakage, flammability and explosion, so it is urgent to develop a new generation of high-safety solid electrolytes. Among them, solid polymer electrolytes have attracted great attention because of their superior mechanical flexibility and compatibility with the main production processes of lithium battery. In terms of preparation process, solid polymer electrolytes prepared via solution-casting often easily lead to high interfacial resistance and then deteriorate the battery performance. In contrast, liquid organic precursors used in in-situ polymerization strategy can sufficiently penetrate the positive and negative electrodes to guarantee superior interfacial compatibility and efficient ionic conduction. At present, most of in-situ polymerization strategies are based on free radical thermal polymerization with additional initiators and the need for harsh conditions such as high temperature. Ion polymerization can use lithium salt or lithium metal as an initiator at room temperature, thereby effectively avoiding the introduction of impurities. Up to now, researchers have made considerable research progress in the construction of solid polymer electrolytes by ion-initiated in situ polymerization. Hence, this review mainly summarizes the research progress of solid polymer electrolytes from the aspects of cationic polymerization and anionic polymerization. In addition, we also elaborates the challenges and development trends of solid polymer electrolytes through ion-initiated in situ polymerization for high-safety lithium batteries in the future.

Key words: ionic polymerization, in-situ solidification techniques, solid polymer electrolytes, high-safety lithium battery, interfacial stability

引用此文

苑志祥, 张浩, 胡思伽, 张波涛, 张建军, 崔光磊. 离子聚合原位固态化构建高安全锂电池固态聚合物电解质的研究进展^★[J]. 化学学报, 2023, 81(8): 1064-1080.

Zhixiang Yuan, Hao Zhang, Sijia Hu, Botao Zhang, Jianjun Zhang, Guanglei Cui. Research Progress of Ion-initiated in situ Generated Solid Polymer Electrolytes for High-safety Lithium Batteries^★[J]. Acta Chimica Sinica, 2023, 81(8): 1064-1080.

导出引用 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

分享此文

图/表 12

参考文献 39

[1]	Zheng Q.; Jiang L.-X.; Xu Y.-J.; Gao S.; Liu T.; Qu C.; Chen H.-S.; Li X.-F. Bull. Chin. Acad. Sci. 2022, 37, 529. (in Chinese)
	( 郑琼, 江丽霞, 徐玉杰, 高嵩, 刘涛, 曲超, 陈海生, 李先锋, 中国科学院院刊, 2022, 37, 529.)
[2]	Tu Z. Y.; Zachman M. J.; Choudhury S.; Wei S. Y.; Ma L.; Yang Y.; Kourkoutis L. F.; Archer L. A. Adv. Energy Mater. 2017, 7, 9.
[3]	Zhang W.; Yu H. C.; Wu L. J.; Liu H.; Abdellahi A.; Qiu B.; Bai J. M.; Orvananos B.; Strobridge F. C.; Zhou X. F.; Liu Z. P.; Ceder G.; Zhu Y. M.; Thornton K.; Grey C. P.; Wang F. Sci. Adv. 2018, 4, 11.
[4]	Holoubek J.; Yu M. Y.; Yu S. C.; Li M. Q.; Wu Z. H.; Xia D. W.; Bhaladhare P.; Gonzalez M. S.; Pascal T. A.; Liu P.; Chen Z. ACS Energy Lett. 2020, 5, 1438. doi: 10.1021/acsenergylett.0c00643
[5]	Cheng X. B.; Zhao C. Z.; Yao Y. X.; Liu H.; Zhang Q. Chem 2019, 5, 74. doi: 10.1016/j.chempr.2018.12.002
[6]	Liu J.; Xu J.-Y.; Lin Y.; Li J.; Lai Y.-Q.; Yuan C.-F.; Zhang J.; Zhu K. Acta Chim. Sinica 2013, 71, 869. (in Chinese) doi: 10.6023/A13020170
	( 刘晋, 徐俊毅, 林月, 李劼, 赖延清, 袁长福, 张锦, 朱凯, 化学学报, 2013, 71, 869.)
[7]	Jaumaux P.; Liu Q.; Zhou D.; Xu X. F.; Wang T. Y.; Wang Y. Z.; Kang F. Y.; Li B. H.; Wang G. X. Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 9134. doi: 10.1002/anie.v59.23
[8]	Yabuuchi N. Chem. Lett. 2017, 46, 412. doi: 10.1246/cl.161044
[9]	Lee H.; Oh P.; Kim J.; Cha H.; Chae S.; Lee S.; Cho J. Adv. Mater. 2019, 31, 1900376. doi: 10.1002/adma.v31.29
[10]	Zheng B.-Z.; Wang H.-C.; Ma J.-L.; Gong Z.-L.; Yang Y. Sci. Sinica Chim. 2017, 47, 579. (in Chinese)
	( 郑碧珠, 王红春, 马嘉林, 龚正良, 杨勇, 中国科学:化学, 2017, 47, 579.)
[11]	Zhang J.-J.; Yang J.-F.; Wu H.; Zhang M.; Liu T.-T.; Zhang J.-N.; Dong S.-M.; Cui G.-L. Acta Polym. Sinica 2019, 50, 890. (in Chinese)
	( 张建军, 杨金凤, 吴瀚, 张敏, 刘亭亭, 张津宁, 董杉木, 崔光磊, 高分子学报, 2019, 50, 890.)
[12]	Yao P. H.; Yu H. B.; Ding Z. Y.; Liu P. C.; Lu J.; Lavorgna M.; Wu J. W.; Liu X. J. Front. Chem. 2019, 7, 17. doi: 10.3389/fchem.2019.00017
[13]	Shi X. J.; Ma N. Y.; Wu Y. X.; Lu Y. H.; Xiao Q. Z.; Li Z. H.; Lei G. T. Solid State Ionics 2018, 325, 112. doi: 10.1016/j.ssi.2018.08.010
[14]	Liu T. T.; Zhang J. J.; Han W.; Zhang J. N.; Ding G. L.; Dong S. M.; Cui G. L. J. Electrochem. Soc. 2020, 167, 9.
[15]	Li W.-T.; Zhong H.; Mai Y.-H. Prog. Chem. 2021, 33, 988. (in Chinese)
	( 李文涛, 钟海, 麦耀华, 化学进展, 2021, 33, 988.)
[16]	Vijayakumar V.; Anothumakkool B.; Kurungot S.; Winter M.; Nair J. R. Energy Environ. Sci. 2021, 14, 2708. doi: 10.1039/D0EE03527K
[17]	Hamrahjoo M.; Hadad S.; Dehghani E.; Salami-Kalajahi M.; Roghani-Mamaqani H. Eur. Polym. J. 2022, 173, 14.
[18]	Ouyang H.; Min S.; Yi J.; Liu X. Y.; Ning F. H.; Xu Y.; Jiang Y.; Zhao B.; Zhang J. J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 53648. doi: 10.1021/acsami.2c13807
[19]	Lin Z. Y.; Guo X. W.; Wang Z. C.; Wang B. Y.; He S. M.; O'Dell L. A.; Huang J.; Li H.; Yu H. J.; Chen L. Q. Nano Energy 2020, 73, 9.
[20]	Li H. P.; Xu Z. X.; Yang J.; Wang J. L.; Hirano S. I. Sustainable Energy Fuels 2020, 4, 5469. doi: 10.1039/D0SE01065K
[21]	Okada M.; Yamashita Y.; Ishii Y. Makromol. Chem. 1964, 80, 196. doi: 10.1002/macp.1964.020800117
[22]	Zhao Q.; Liu X.; Stalin S.; Khan K.; Archer L. A. Nat. Energy. 2019, 4, 365. doi: 10.1038/s41560-019-0349-7
[23]	Chen D. L.; Zhu M.; Kang P. B.; Zhu T.; Yuan H. C.; Lan J. L.; Yang X. P.; Sui G. Adv. Sci. 2022, 9, e2103663.
[24]	Geng Z.; Huang Y. L.; Sun G. C.; Chen R. S.; Cao W. Z.; Zheng J. Y.; Li H. Nano Energy 2022, 91, 106679. doi: 10.1016/j.nanoen.2021.106679
[25]	Zhao C. Z.; Zhao Q.; Liu X.; Zheng J.; Stalin S.; Zhang Q.; Archer L. A. Adv. Mater. 2020, 32, e1905629.
[26]	Ma Q.; Yue J.; Fan M.; Tan S. J.; Zhang J.; Wang W. P.; Liu Y.; Tian Y. F.; Xu Q.; Yin Y. X.; You Y.; Luo A.; Xin S.; Wu X. W.; Guo Y. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 16554. doi: 10.1002/anie.v60.30
[27]	Xiang J. W.; Zhang Y.; Zhang B.; Yuan L. X.; Liu X. T.; Cheng Z. X.; Yang Y.; Zhang X. X.; Li Z.; Shen Y.; Jiang J. J.; Huang, Y H. Energy Environ. Sci. 2021, 14, 3510. doi: 10.1039/D1EE00049G
[28]	Yu J.; Lin X. D.; Liu J. P.; Yu J. T. T.; Robson M. J.; Zhou G. D.; Law H. M.; Wang H. R.; Tang B. Z.; Ciucci F. Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2102932. doi: 10.1002/aenm.v12.2
[29]	Chen Y.; Huo F.; Chen S. M.; Cai W. B.; Zhang S. J. Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2102347. doi: 10.1002/adfm.v31.36
[30]	Xu G. Y.; Kushima A.; Yuan J. R.; Dou H.; Xue W. J.; Zhang X. G.; Yan X. H.; Li J. Energy Environ. Sci. 2017, 10, 2544. doi: 10.1039/C7EE01898C
[31]	Liu F. Q.; Wang W. P.; Yin Y. X.; Zhang S. F.; Shi J. L.; Wang L.; Zhang X. D.; Zheng Y.; Zhou J. J.; Li L.; Guo Y. G. Sci. Adv. 2018, 4, 9.
[32]	Li M. J.; Yang J. X.; Shi Y. Q.; Chen Z. F.; Bai P. X.; Su H.; Xiong P. X.; Cheng M. R.; Zhao J. W.; Xu Y. H. Adv. Mater. 2022, 34, e2107226.
[33]	Wu H.; Tang B.; Du X. F.; Zhang J. J.; Yu X. R.; Wang Y. T.; Ma J.; Zhou Q.; Zhao J. W.; Dong S. M.; Xu G. J.; Zhang J. N.; Xu H.; Cui G. L.; Chen L. Q. Adv. Sci. 2020, 7, 2003370. doi: 10.1002/advs.v7.23
[34]	Zhang J. N.; Wu H.; Du X. F.; Zhang H.; Huang L.; Sun F.; Liu T. T.; Tian S. W.; Zhou L. X.; Hu S. J.; Yuan Z. X.; Zhang B. T.; Zhang J. J.; Cui G. L. Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2202529. doi: 10.1002/aenm.v13.3
[35]	Zhang K.; Wu F.; Wang X. R.; Zheng L. M.; Yang X. Y.; Zhao H. C.; Sun Y. H.; Zhao W. B.; Bai Y.; Wu C. Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2107764. doi: 10.1002/adfm.v32.5
[36]	Hwang S. S.; Cho C. G.; Kim H. Electrochem. Commun. 2010, 12, 916. doi: 10.1016/j.elecom.2010.04.020
[37]	Zhou D.; He Y. B.; Liu R. L.; Liu M.; Du H. D.; Li B. H.; Cai Q.; Yang Q. H.; Kang F. Y. Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1500353. doi: 10.1002/aenm.201500353
[38]	Cui Y. Y.; Chai J. C.; Du H. P.; Duan Y. L.; Xie G. W.; Liu Z. H.; Cui G. L. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 8737. doi: 10.1021/acsami.6b16218
[39]	Guo D.; Shinde D. B.; Shin W.; Abou-Hamad E.; Emwas A. H.; Lai Z. P.; Manthiram A. Adv. Mater. 2022, 34, 2201410. doi: 10.1002/adma.v34.23

参考文献	阳离子聚合构建的固态聚合物电解质的成分组成	电化学性能	充放电电压区间和测试温度	电池性能 (包含对比样)
[22]	实验样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋0.5 mmol/L Al(OTf)₃, 室温下静置一段时间后聚合. 对比样: DOL＋2 mol/L LiTFSI溶液隔膜: glass fibre	离子电导率: 1.0×10^－3 S•cm^－1, 电化学窗口: 5 V	LiFePO₄/Li, 活性物质质量负载: 约5 mg•cm^－2. 2.5~4.0 V, 25 ℃	实验样^#: 1 C循环700圈容量保持率约为76%, 0.2 C循环200圈容量保持率约为75%; 对比样^#: 0.2 C下循环100圈表现出快速的容量衰减, 容量保持率低于30%
[23]	实验样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋0.4 mmol/L Al(OTf)₃, 室温下静置3 d后聚合. 隔膜: PDA修饰的PVDF-HFP静电纺丝隔膜对比样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋0.4 mmol/L Al(OTf)₃, 室温下静置三天后聚合. 隔膜: PP隔膜	离子电导率: 2.39×10^－3 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.59, 电化学窗口: 4.57 V	LiFePO₄/Li, 活性物质质量负载: 约2.2 mg•cm^－2. 3~3.75 V, 25 ℃	实验样: 0.2 C循环200圈容量保持率为96.03%; 1 C循环200圈容量保持率为87.13%. 对比样: 1 C循环200圈容量保持率为69.96%
[24]	实验样: DOL-FEC＋0.8 mol/L LiTFSI＋0.5 mol/L HDI＋0.2 mol/L LiDFOB＋0.01 mol/L LiPF₆ [V(DOL)∶V(FEC)=60∶40], 室温下静置24 h 后聚合. 对比样: DOL ＋0.8 mol/L LiTFSI＋0.2 mol/L LiDFOB＋0.01 mol/L LiPF₆, 室温下静置24 h 后聚合. 隔膜: PE隔膜	离子电导率: ≈10^－3 S•cm^－1, 电化学窗口: ≈4.3 V	LiCoO₂/Li, 活性物质质量负载: 约2 mg•cm^－2. 3~4.2 V, 25 ℃	实验样: 0.5 C循环500圈容量保持率为80%; 对比样^#: 表现出快速的容量衰减, 50圈内容量衰减为0
[25]	实验样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋0.3 mol/L AlF₃＋0.5 mmol/L Al(OTf)₃, 25 ℃下静置一段时间后聚合. 对比样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋0.5 mmol/L Al(OTf)₃, 室温下静置一段时间后聚合. 隔膜: Celgard 3501	离子电导率: 10^－3 S•cm^－1, 电化学窗口: 4.7 V	NCM622/Li, 活性物质面容量负载: 约3 mAh•cm^－2. 3~4.2 V, 25 ℃	实验样^#: 0.1 C循环60圈容量保持率约为80%; 对比样^#: 0.1 C循环20圈后容量持续衰减, 30圈后容量保持率约为20%
[26]	实验样: EC-DEC-DMC-DOL ＋1 mol/L LiPF₆ [V(EC)∶V(DEC)∶V(DMC)=1∶1∶1, DOL占比为50%], 室温下静置12 h后聚合. 隔膜: Celgard 2400	离子电导率: 3.03×10^－3 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.71, 电化学窗口: 4.6 V	NCM811-TPP/Li, 活性物质质量负载: 约4.5 mg•cm^－2. 2.8~4.3 V, 25 ℃	实验样: 电池实际容量为11.22 Ah, 表现出468 Wh•kg^－1的高能量密度, 同时大容量电池循环5圈后依然保持大于450 Wh•kg^－1的能量密度
[27]	实验样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋3% (w) TB, 室温下静置12 h后聚合. 对比样: DOL＋2 mol/L LiTFSI溶液. 隔膜: PP隔膜	离子电导率: 1.16×10^－3 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.58, 电化学窗口: 4.8 V	NCM622/Li, 活性物质质量负载: 约4 mg•cm^－2. 3~4.3 V, 25 ℃	实验样^#: 0.5 C循环200圈容量保持率约为75.4%; 对比样^#: 第一圈放电比容量为104 mAh•g^－1, 在4个循环后失效, 放电比容量为0
[28]	实验样: MP-DOL-FEC＋1 mol/L LiTFSI＋ 0.5 mol/L LiPF₆ [V(MP)∶V(DOL)∶V(FEC)=5∶4∶1], 室温下静置一段时间后聚合. 隔膜: Celgard 2500	离子电导率: 2.64×10^－3 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.61, 电化学窗口: >5 V	NCM811/Li, 活性物质质量负载: 约 1.5~2.0 mg•cm^－2. 2.8~4.3 V, －20 ℃	实验样^#: 0.2 C循环100圈容量保持率约为99%
[29]	实验样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋300 mg/L AlI₃＋ 600 mg/L LiPF₆, 室温下静置一段时间后聚合. 隔膜: Celgard 2400	离子迁移数: 0.64	LiFePO₄/Li, 活性物质质量负载: 约2~3 mg•cm^－2. 2.5~4.2 V, 30、60、70、80、90和100 ℃	实验样^#: 以上温度在3 C循环100圈容量保持率均大于95%.
[30]	实验样: DOL-DME＋1 mol/L LiTFSI＋0.1 mol/L LiNO₃ [V(DOL)∶V(DME)=1∶1], 室温下静置一段时间后聚合. 隔膜: ACNTP涂敷的PP隔膜. 对比样: DOL-DME＋1 mol/L LiTFSI [V(DOL)∶ V(DME)=1∶1]溶液. 隔膜: PP隔膜	离子电导率: 0.58 S•cm^－1	AC/S复合正极^@, 锂硫电池, 1.7~3.0 V, 25 ℃	实验样^#: 0.5 C循环250圈容量保持率约为64.8%; 对比样^#: 0.5 C循环250圈容量保持率约为20.9%
[31]	实验样: DOL-DME＋1 mol/L LiTFSI＋2 mol/L LiPF₆ [V(DOL)∶V(DME)=1∶1], 室温下静置一段时间后聚合. 对比样: DOL-DME＋1 mol/L LiTFSI [V(DOL)∶V(DME)=1∶1]溶液. 隔膜: Celgard 隔膜	离子电导率: 3.8×10^－3 S•cm^－1, 电化学窗口: 4.3 V	KB/S复合正极/Li, 活性物质质量负载: 约1.5 mg•cm^－2. 1.8~3.0 V, 25 ℃	实验样: 0.5 C循环500圈容量保持率为73.7%, 循环1000圈容量保持率为50% 对比样^#: 0.5 C循环300圈容量保持率约为36.6%
[32]	实验样: DOL-DME＋1 mol/L LiTFSI [V(DOL)∶V(DME)=1∶1], 在室温下与隔膜接触一段时间后聚合. 隔膜: 涂敷Nafion的PP隔膜. 对比样: DOL-DME＋1 mol/L LiTFSI [V(DOL)∶V(DME)=1∶1]溶液. 隔膜: PP隔膜	离子迁移数: 0.88	TAQB/Li, 活性物质质量负载: 约0.8~1.2 mg•cm^－2. 1.5~3.5 V. 25 ℃	实验样: 0.5 C循环1000圈容量保持率为88%; 对比样^#: 0.5 C循环100圈容量保持率约为34%
[33]	实验样: 2.5 g TXE＋1.5 g SN＋0.365 g LiDFOB, 在80 ℃下静置1 h完成聚合. 对比样: 4 g SN＋0.365 g LiDFOB溶液. 隔膜: cellulose nonwoven	离子电导率: 1.14×10^－4 S•cm^－1, 电化学窗口: 4.5 V	LiCoO₂/Li, 活性物质质量负载: 约1.3 mg•cm^－2. 3~4.3 V. 25 ℃	实验样: 0.3 C循环200圈容量保持率为88%; 对比样: 0.3 C速率下经20次循环后放电比容量由35 mAh•g^－1迅速衰减到0
[34]	实验样: 2 g TXE＋2 g SN＋0.365 g LiDFOB, 在25 ℃下静置一段时间完成聚合. 隔膜: cellulose nonwoven	离子电导率: 4.1× 10^－3 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.41, 电化学窗口: 5.6 V	LiCoO₂/Li, 活性物质质量负载: 约18 mg•cm^－2. 3~4.3 V. 25 ℃	实验样: 0.3 C循环50圈容量保持率为91.3%;
[35]	实验样: PHMO＋1.5 mol/kg LiTFSI复合电解质膜. 对比样: 商用液体电解质. 隔膜: PP隔膜	离子电导率: 1.26×10^－4 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.52, 电化学窗口: 4.6 V	NCM811/Li, 活性物质质量负载: 约4.2 mg•cm^－2. 3~4.3 V. 25 ℃	实验样: 0.2 C循环250圈容量保持率为81%; 对比样: 0.2 C循环220圈容量保持率为54%
[36]	实验样: TEGDVE-LE＋0.5 mol/L LiBF₄ [V(TEGDVE)∶V(LE)=1∶9] (其中LE为含有1mol/L LiBETI的EC-DEC混合溶液[V(EC)∶V(DEC)=3∶7], 室温下静置一段时间后聚合	离子电导率: 10^－3 S•cm^－1	LiCoO₂/Li^@, 3~4.3 V. 25 ℃ 石墨/Li^@, 0.001~1.5 V. 25 ℃	实验样: 两种电池在30次循环内均表现出稳定的循环性能
[37]	实验样: SN-(PVA-CN)-LiPF₆-LiTFSI [m(SN)∶m(PVA-CN)∶m(LiPF₆)∶m(LiTFSI)=83∶5∶2∶10], 70 ℃下静置6 h后聚合. 对比样: EC-EMC-DMC＋1 mol/L LiPF₆, [V(EC)∶V(EMC)∶V(DMC)=1∶1∶1]溶液. 隔膜: PAN基静电纺丝纤维隔膜	离子电导率: 4.49×10^－4 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.57	LiFePO₄/Li^@, 2.4~4.2 V. 25 ℃	实验样: 0.1 C循环100圈容量保持率为96.7%; 对比样: 0.1 C循环100圈容量保持率为93.2%

参考文献	阳离子聚合构建的固态聚合物电解质的成分组成	电化学性能	充放电电压区间和测试温度	电池性能 (包含对比样)
[22]	实验样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋0.5 mmol/L Al(OTf)₃, 室温下静置一段时间后聚合. 对比样: DOL＋2 mol/L LiTFSI溶液隔膜: glass fibre	离子电导率: 1.0×10^－3 S•cm^－1, 电化学窗口: 5 V	LiFePO₄/Li, 活性物质质量负载: 约5 mg•cm^－2. 2.5~4.0 V, 25 ℃	实验样^#: 1 C循环700圈容量保持率约为76%, 0.2 C循环200圈容量保持率约为75%; 对比样^#: 0.2 C下循环100圈表现出快速的容量衰减, 容量保持率低于30%
[23]	实验样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋0.4 mmol/L Al(OTf)₃, 室温下静置3 d后聚合. 隔膜: PDA修饰的PVDF-HFP静电纺丝隔膜对比样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋0.4 mmol/L Al(OTf)₃, 室温下静置三天后聚合. 隔膜: PP隔膜	离子电导率: 2.39×10^－3 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.59, 电化学窗口: 4.57 V	LiFePO₄/Li, 活性物质质量负载: 约2.2 mg•cm^－2. 3~3.75 V, 25 ℃	实验样: 0.2 C循环200圈容量保持率为96.03%; 1 C循环200圈容量保持率为87.13%. 对比样: 1 C循环200圈容量保持率为69.96%
[24]	实验样: DOL-FEC＋0.8 mol/L LiTFSI＋0.5 mol/L HDI＋0.2 mol/L LiDFOB＋0.01 mol/L LiPF₆ [V(DOL)∶V(FEC)=60∶40], 室温下静置24 h 后聚合. 对比样: DOL ＋0.8 mol/L LiTFSI＋0.2 mol/L LiDFOB＋0.01 mol/L LiPF₆, 室温下静置24 h 后聚合. 隔膜: PE隔膜	离子电导率: ≈10^－3 S•cm^－1, 电化学窗口: ≈4.3 V	LiCoO₂/Li, 活性物质质量负载: 约2 mg•cm^－2. 3~4.2 V, 25 ℃	实验样: 0.5 C循环500圈容量保持率为80%; 对比样^#: 表现出快速的容量衰减, 50圈内容量衰减为0
[25]	实验样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋0.3 mol/L AlF₃＋0.5 mmol/L Al(OTf)₃, 25 ℃下静置一段时间后聚合. 对比样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋0.5 mmol/L Al(OTf)₃, 室温下静置一段时间后聚合. 隔膜: Celgard 3501	离子电导率: 10^－3 S•cm^－1, 电化学窗口: 4.7 V	NCM622/Li, 活性物质面容量负载: 约3 mAh•cm^－2. 3~4.2 V, 25 ℃	实验样^#: 0.1 C循环60圈容量保持率约为80%; 对比样^#: 0.1 C循环20圈后容量持续衰减, 30圈后容量保持率约为20%
[26]	实验样: EC-DEC-DMC-DOL ＋1 mol/L LiPF₆ [V(EC)∶V(DEC)∶V(DMC)=1∶1∶1, DOL占比为50%], 室温下静置12 h后聚合. 隔膜: Celgard 2400	离子电导率: 3.03×10^－3 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.71, 电化学窗口: 4.6 V	NCM811-TPP/Li, 活性物质质量负载: 约4.5 mg•cm^－2. 2.8~4.3 V, 25 ℃	实验样: 电池实际容量为11.22 Ah, 表现出468 Wh•kg^－1的高能量密度, 同时大容量电池循环5圈后依然保持大于450 Wh•kg^－1的能量密度
[27]	实验样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋3% (w) TB, 室温下静置12 h后聚合. 对比样: DOL＋2 mol/L LiTFSI溶液. 隔膜: PP隔膜	离子电导率: 1.16×10^－3 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.58, 电化学窗口: 4.8 V	NCM622/Li, 活性物质质量负载: 约4 mg•cm^－2. 3~4.3 V, 25 ℃	实验样^#: 0.5 C循环200圈容量保持率约为75.4%; 对比样^#: 第一圈放电比容量为104 mAh•g^－1, 在4个循环后失效, 放电比容量为0
[28]	实验样: MP-DOL-FEC＋1 mol/L LiTFSI＋ 0.5 mol/L LiPF₆ [V(MP)∶V(DOL)∶V(FEC)=5∶4∶1], 室温下静置一段时间后聚合. 隔膜: Celgard 2500	离子电导率: 2.64×10^－3 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.61, 电化学窗口: >5 V	NCM811/Li, 活性物质质量负载: 约 1.5~2.0 mg•cm^－2. 2.8~4.3 V, －20 ℃	实验样^#: 0.2 C循环100圈容量保持率约为99%
[29]	实验样: DOL＋2 mol/L LiTFSI＋300 mg/L AlI₃＋ 600 mg/L LiPF₆, 室温下静置一段时间后聚合. 隔膜: Celgard 2400	离子迁移数: 0.64	LiFePO₄/Li, 活性物质质量负载: 约2~3 mg•cm^－2. 2.5~4.2 V, 30、60、70、80、90和100 ℃	实验样^#: 以上温度在3 C循环100圈容量保持率均大于95%.
[30]	实验样: DOL-DME＋1 mol/L LiTFSI＋0.1 mol/L LiNO₃ [V(DOL)∶V(DME)=1∶1], 室温下静置一段时间后聚合. 隔膜: ACNTP涂敷的PP隔膜. 对比样: DOL-DME＋1 mol/L LiTFSI [V(DOL)∶ V(DME)=1∶1]溶液. 隔膜: PP隔膜	离子电导率: 0.58 S•cm^－1	AC/S复合正极^@, 锂硫电池, 1.7~3.0 V, 25 ℃	实验样^#: 0.5 C循环250圈容量保持率约为64.8%; 对比样^#: 0.5 C循环250圈容量保持率约为20.9%
[31]	实验样: DOL-DME＋1 mol/L LiTFSI＋2 mol/L LiPF₆ [V(DOL)∶V(DME)=1∶1], 室温下静置一段时间后聚合. 对比样: DOL-DME＋1 mol/L LiTFSI [V(DOL)∶V(DME)=1∶1]溶液. 隔膜: Celgard 隔膜	离子电导率: 3.8×10^－3 S•cm^－1, 电化学窗口: 4.3 V	KB/S复合正极/Li, 活性物质质量负载: 约1.5 mg•cm^－2. 1.8~3.0 V, 25 ℃	实验样: 0.5 C循环500圈容量保持率为73.7%, 循环1000圈容量保持率为50% 对比样^#: 0.5 C循环300圈容量保持率约为36.6%
[32]	实验样: DOL-DME＋1 mol/L LiTFSI [V(DOL)∶V(DME)=1∶1], 在室温下与隔膜接触一段时间后聚合. 隔膜: 涂敷Nafion的PP隔膜. 对比样: DOL-DME＋1 mol/L LiTFSI [V(DOL)∶V(DME)=1∶1]溶液. 隔膜: PP隔膜	离子迁移数: 0.88	TAQB/Li, 活性物质质量负载: 约0.8~1.2 mg•cm^－2. 1.5~3.5 V. 25 ℃	实验样: 0.5 C循环1000圈容量保持率为88%; 对比样^#: 0.5 C循环100圈容量保持率约为34%
[33]	实验样: 2.5 g TXE＋1.5 g SN＋0.365 g LiDFOB, 在80 ℃下静置1 h完成聚合. 对比样: 4 g SN＋0.365 g LiDFOB溶液. 隔膜: cellulose nonwoven	离子电导率: 1.14×10^－4 S•cm^－1, 电化学窗口: 4.5 V	LiCoO₂/Li, 活性物质质量负载: 约1.3 mg•cm^－2. 3~4.3 V. 25 ℃	实验样: 0.3 C循环200圈容量保持率为88%; 对比样: 0.3 C速率下经20次循环后放电比容量由35 mAh•g^－1迅速衰减到0
[34]	实验样: 2 g TXE＋2 g SN＋0.365 g LiDFOB, 在25 ℃下静置一段时间完成聚合. 隔膜: cellulose nonwoven	离子电导率: 4.1× 10^－3 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.41, 电化学窗口: 5.6 V	LiCoO₂/Li, 活性物质质量负载: 约18 mg•cm^－2. 3~4.3 V. 25 ℃	实验样: 0.3 C循环50圈容量保持率为91.3%;
[35]	实验样: PHMO＋1.5 mol/kg LiTFSI复合电解质膜. 对比样: 商用液体电解质. 隔膜: PP隔膜	离子电导率: 1.26×10^－4 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.52, 电化学窗口: 4.6 V	NCM811/Li, 活性物质质量负载: 约4.2 mg•cm^－2. 3~4.3 V. 25 ℃	实验样: 0.2 C循环250圈容量保持率为81%; 对比样: 0.2 C循环220圈容量保持率为54%
[36]	实验样: TEGDVE-LE＋0.5 mol/L LiBF₄ [V(TEGDVE)∶V(LE)=1∶9] (其中LE为含有1mol/L LiBETI的EC-DEC混合溶液[V(EC)∶V(DEC)=3∶7], 室温下静置一段时间后聚合	离子电导率: 10^－3 S•cm^－1	LiCoO₂/Li^@, 3~4.3 V. 25 ℃ 石墨/Li^@, 0.001~1.5 V. 25 ℃	实验样: 两种电池在30次循环内均表现出稳定的循环性能
[37]	实验样: SN-(PVA-CN)-LiPF₆-LiTFSI [m(SN)∶m(PVA-CN)∶m(LiPF₆)∶m(LiTFSI)=83∶5∶2∶10], 70 ℃下静置6 h后聚合. 对比样: EC-EMC-DMC＋1 mol/L LiPF₆, [V(EC)∶V(EMC)∶V(DMC)=1∶1∶1]溶液. 隔膜: PAN基静电纺丝纤维隔膜	离子电导率: 4.49×10^－4 S•cm^－1, 离子迁移数: 0.57	LiFePO₄/Li^@, 2.4~4.2 V. 25 ℃	实验样: 0.1 C循环100圈容量保持率为96.7%; 对比样: 0.1 C循环100圈容量保持率为93.2%

参考文献	阴离子聚合构建的固态聚合物电解质的成分组成	电化学性能	充放电电压区间和测试温度	电池性能(包含对比样)
[38]	实验样: ECA1 mL＋[EC-EMC＋4 mol/L LiClO₄, 其中V(EC)∶V(DMC)=1∶1) 3 mL＋锂粉(≈100 mg/L), 室温下静置2 h后聚合. 隔膜: Celgard 2500	离子电导率: 2.7×10^－3 S•cm^－1 离子迁移数: 0.45 电化学窗口: 4.8 V	LiFePO₄/Li^@, 2.5~4.0 V. 25 ℃	实验样: 1 C循环100圈容量保持率为90%.
[39]	实验样: DMA＋2 mol/L LiTFSI, 低压驱动于COF中室温下静置12 h后聚合, 干燥后热压为固体电解质膜[DMA@m(LiTFSI)∶m(COF)=2∶5]. 刚性骨架: COF	离子电导率: 1.65×10^－4 S•cm^－1 离子迁移数: 0.85 电化学窗口: 4.5 V	LiFePO₄/Li, 活性物质质量负载: 约2.5 mg•cm^－2. 2.8~3.8 V. 65 ℃	实验样: 0.5 C循环130圈容量保持率为90.2%.

参考文献	阴离子聚合构建的固态聚合物电解质的成分组成	电化学性能	充放电电压区间和测试温度	电池性能(包含对比样)
[38]	实验样: ECA1 mL＋[EC-EMC＋4 mol/L LiClO₄, 其中V(EC)∶V(DMC)=1∶1) 3 mL＋锂粉(≈100 mg/L), 室温下静置2 h后聚合. 隔膜: Celgard 2500	离子电导率: 2.7×10^－3 S•cm^－1 离子迁移数: 0.45 电化学窗口: 4.8 V	LiFePO₄/Li^@, 2.5~4.0 V. 25 ℃	实验样: 1 C循环100圈容量保持率为90%.
[39]	实验样: DMA＋2 mol/L LiTFSI, 低压驱动于COF中室温下静置12 h后聚合, 干燥后热压为固体电解质膜[DMA@m(LiTFSI)∶m(COF)=2∶5]. 刚性骨架: COF	离子电导率: 1.65×10^－4 S•cm^－1 离子迁移数: 0.85 电化学窗口: 4.5 V	LiFePO₄/Li, 活性物质质量负载: 约2.5 mg•cm^－2. 2.8~3.8 V. 65 ℃	实验样: 0.5 C循环130圈容量保持率为90.2%.

离子聚合原位固态化构建高安全锂电池固态聚合物电解质的研究进展^★

Research Progress of Ion-initiated in situ Generated Solid Polymer Electrolytes for High-safety Lithium Batteries^★

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用此文

分享此文

图/表 12

参考文献 39

相关文章 10

编辑推荐

相关统计

本文评价

[1]	田宋炜, 周丽雪, 张秉乾, 张建军, 杜晓璠, 张浩, 胡思伽, 苑志祥, 韩鹏献, 李素丽, 赵伟, 周新红, 崔光磊. 聚环氧乙烷聚合物电解质基高电压固态锂金属电池的研究进展[J]. 化学学报, 2022, 80(10): 1410-1423.
[2]	顾大明, 李已才, 杨柳, 肖宇. PEO-LiClO₄-SiO₂-SCA体系电化学性能研究[J]. 化学学报, 2010, 68(22): 2367-2372.
[3]	袁媛, 张明祖, 张虎, 倪沛红. pH响应性含氟三嵌段共聚物的制备及性质研究[J]. 化学学报, 2010, 68(15): 1537-1544.
[4]	姚加,翟韬,童达君,李浩然. 嵌段共聚物PDMAEMA-b-PCL的合成、修饰及其水溶液性质研究[J]. 化学学报, 2008, 66(8): 853-859.
[5]	. 近红外原位研究杂多酸引发的环氧-四氢呋喃阳离子聚合[J]. 化学学报, 2008, 66(20): 2263-2270.
[6]	孙强强,鲁在君,张林,杜凯,罗炫^{. 高1, 4-结构端羟基聚异戊二烯遥爪聚合物的合成[J]. 化学学报, 2008, 66(1): 117-120.}
[7]	梁建国,韩丙勇. 苯氧铜/正丁基锂体系引发MMA负离子聚合及其活性特征的研究[J]. 化学学报, 2006, 64(7): 701-704.
[8]	席靖宇,马晓梅,崔孟忠,唐小真. PEO-LiClO₄-ZSM5复合聚合物电解质 I. 电化学研究[J]. 化学学报, 2005, 63(5): 401-406.
[9]	贾志峰,陈皞,颜德岳. 通过自缩合乙烯基氧阴离子聚合制备超支化聚甲基丙烯酸羟丙酯[J]. 化学学报, 2005, 63(20): 1861-1865.
[10]	邓建国,彭宇行. 三氟甲基磺酸三甲基硅酯/四氯化钛复合体系引发 1, 3-戊二烯的阳离子聚合[J]. 化学学报, 1998, 56(10): 1032-1036.

离子聚合原位固态化构建高安全锂电池固态聚合物电解质的研究进展★

Research Progress of Ion-initiated in situ Generated Solid Polymer Electrolytes for High-safety Lithium Batteries★

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用此文

分享此文

图/表 12

参考文献 39

相关文章 10

编辑推荐

相关统计

本文评价

离子聚合原位固态化构建高安全锂电池固态聚合物电解质的研究进展^★

Research Progress of Ion-initiated in situ Generated Solid Polymer Electrolytes for High-safety Lithium Batteries^★