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来源:台海网

厦大团队解决锂电池高倍率长循环难题

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摘要:厦大团队解决锂电池高倍率长循环难题厦门大学团队在锂离子电池聚合物电解质研究中取得突破,利用“盐诱导相分离”策略解决了固态电池界面接触差和离子传输慢的问题。基于该策略组装的电池在5C高倍率下循环4000次后容量保持率达90%,成果发表于《Nature Communications》。此方法无需额外添加复杂组分,简化了材料和加工过程,且相分离过程可控,为固态电池规模化生产提供了新思路。

手机用两年电池就不耐用了,电动车跑几年后续航明显缩水——这背后,锂离子电池既要“跑得快”(高倍率充放电),又要“活得久”(长循环寿命),往往难以两全。如今,厦门大学团队给出了一种全新解法。

导报记者日前从厦门大学官网获悉,该校材料学院彭栋梁教授课题组谢清水教授、王来森副教授等人,在锂离子电池聚合物电解质研究中取得重要进展。

研究团队巧妙利用“盐诱导相分离”策略,同时解决了固态电池界面接触差和离子传输慢两大难题。基于此策略组装的电池,在5C高倍率(约12分钟充满)下循环4000次后,容量保持率仍高达90%。相关成果发表在《Nature Communications》(《自然·通讯》)上。

固态电池被视作下一代电池技术的重要方向,而聚合物电解质是其中的研究热点。原位聚合是改善电极与固态电解质界面接触的有效手段,但传统的聚合诱导相分离(PIPS)策略,往往需要额外添加深共晶溶剂或离子液体等组分来搭建离子传输“高速路”,但这一做法既增加了材料和加工成本,也让体系变得复杂。

更棘手的是,PIPS的相分离过程难以控制,像“开盲盒”,形貌和程度难以精确控制,重现性差,规模化生产受限。

针对这一难题,厦大团队提出了一种简便的相分离新策略——利用锂盐中的阴离子,在单一溶剂的原位聚合过程中,自发诱导出相分离结构。

锂盐阴离子与聚合物基体之间发生络合作用,使聚碳酸亚乙烯酯(PVC)从前驱体中析出并分离,这样形成的电解质,一面拥有足够的机械强度来保持结构稳定,一面又构筑起高效的离子传输“通道”。

基于此,制备出的PVC电解质实现了0.60mS/cm的离子电导率——这意味着锂离子在材料中移动更快,电池充放电更迅捷;同时拥有0.78的高锂离子迁移数——反映锂离子承担总电流的比例越高,副反应越少,能量利用越高效。组装的Li|PVC|LiFePO4全电池在5C倍率和30℃条件下,循环4000次后容量保持率仍达90%。

这种在聚合过程中利用盐诱导相分离的结构设计,有效兼顾了“界面兼容性”和“离子传输动力学”两个核心问题。

该研究工作在厦大材料学院谢清水教授、彭栋梁教授、王来森副教授和美国西北大学李坚涛博士的指导下完成,厦大材料学院博士生张世禹为第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、中国中央高校基础研究基金,以及表界面化学全国重点实验室的支持。



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