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★
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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. |
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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. |
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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). |
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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). |
收稿日期: 2023-03-20
网络出版日期: 2023-05-26
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★
Received date: 2023-03-20
Online published: 2023-05-26
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)
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.
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 . DOI: 10.6023/A23030085
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.
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