基于固态电解质的金属锂电池理论上具有高的比能量、好的循环和安全性能。目前主要研究的金属锂用固体电解质可分为无机陶瓷类和聚合物类。无机陶瓷类固态电解质的Li+电导率高,但其脆性较大,很难在做薄的同时进行大面积工业化生产。固体聚合物电解质具有较好的机械性能,且部分已商业化。但是,聚合物电解质室温Li+电导率较低。为了提高聚合物固态电解质的离子电导率,可行的做法是将有机液体电解液加入聚合物骨架中,形成固液混合电解质。固液混合电解质也是被很多企业和研究单位认为是目前最接近产业化的准固态电池体系。然而,目前绝大多数液体塑化剂和聚合物骨架是易燃性,这会给电池体系带来安全性隐患。同时,以常规的溶胀方式制备的固液混合电解质,恶化聚合物电解质的机械性能,很难兼顾高的离子电导率和机械性能。目前,发展兼具有高的离子电导率,强大的机械性能,好的电极/电解质界面相容性和安全性的固液混合电解质,仍然具有相当大的挑战性。
近日,在北京分子科学国家研究中心、中国科学院、国家自然科学基金委、博士后科学基金委和科技部的支持下,中国科学院化学研究所郭玉国研究员等人选取了具有刚性结构的聚碳酸酯高分子,将阻燃型磷酸酯原位封装形成固液混合固态电解质,并应用于金属锂电池。通过该方式发展的电解质兼具有高的室温Li+电导率(4.4 mS cm-1),宽的电化学窗口(0-4.9 V),高的机械强度(12.4 GPa)和阻燃性能,并能够良好兼容现有的电池生产工艺。基于该电解质的高电压Li||NCM811电池循环200圈后的容量保持率为87.7%,且装配的2.4Ah的金属锂软包电池成功通过了第三方认证机构的针刺检测。该文章发表在国际顶级期刊《Energy Storage Materials》上(https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.04.020)。郭玉国和辛森研究员为该文章的共同通讯作者,博士研究生谭双杰和博士后岳俊培为本文共同第一作者。