中国粉体网讯  聚合物电解质不但具有较好的导电性，而且具有高分子材料所特有的质量轻、弹性好、易成膜等特点，在一定程度上符合化学电源质轻、安全、高效、环保的发展趋势，因此成为近几年化学电源研究和开发的热点。

不同种类电解质及其锂离子电池体系的性质对比

聚合物电解质的构成

聚合物固态电解质(SPE)由聚合物基体和锂盐构成，具有黏弹性好、机械加工性能优等特点。常用的锂盐有LiPF₆，LiTFSI，LiClO₄，LiAsF₄和LiBF₄等，SPE基体包括聚环氧乙烷（PEO）、聚硅氧烷和脂肪族聚碳酸酯等。

聚合物电解质的离子电导率

环氧乙烷（PEO）基聚合物电解质

目前主流的固态聚合物电解质仍以PEO及其衍生物为主，主要是因为PEO对金属锂稳定，并且可以更好地解离锂盐。但是固态聚合物电解质中离子传输主要发生在无定形区，而室温条件下未经改性的PEO的结晶度高，导致离子电导率较低，处在10^-7S/cm的数量级，同时锂离子迁移数也很低（0.2~0.3），严重影响电池大电流充放电的能力。

聚环氧乙烷（PEO）的结构及其导电机理

解决PEO结晶的最为简单有效的方法是对聚合物基体进行无机粒子杂化处理，无机粒子的加入扰乱了基体中聚合物链段的有序性，从而降低其结晶度，同时聚合物、锂盐、无机粒子之间产生的相互作用增加了锂离子传输通道，提高了电导率和离子迁移数，无机粒子填料还可以起到吸附复合电解质中的痕量杂质（如水分）、提高力学性能的作用。目前研究较多的无机填料包括MgO、Al₂O₃、SiO₂等金属氧化物纳米颗粒以及沸石、蒙脱土等。

上述方案可以提高锂离子电导率，但是界面问题却不能得到满意的解决。北京师范大学化学学院的李林教授及其课题组通过可控阳离子聚合这一方法，创新性地开发出一种超薄聚合物固态电解质膜。所制备的超薄固态聚合物电解质膜厚度可小于10μm，具有良好的强度和韧性，与电极间界面接触良好，室温离子电导率接近10^-4S/cm，可实现“卷对卷”规模制造。同时，聚合物电解质薄膜与金属锂的界面稳定性佳，能有效地保护金属锂负极，提高金属锂电池的循环寿命。实验室将其应用于Li-S、Li-LiFePO₄以及Li-NCM等固态电池体系中，在0.5C充放电条件下，可获得稳定的循环性和较高的比能量密度。

Fig. 1. (a) The surface and (b) cross-sectional morphologies of solid polymer electrolyte membrane. (c) The cycle performances and (d) charge/discharge curves of Li-S batteries with solid polymer electrolyte membrane.

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专家简介

李林教授，1999年香港科技大学获博士学位。2000年回到中国科学院化学研究所，任研究员、博士生导师。2010年到北京师范大学化学学院，任教授、博士生导师。

主要从事高分子材料结构与性能方面的研究，在高分子结晶、锂离子电池隔膜、高分子多孔材料、聚合物电解质等方面从基础研究、应用基础研究到实际应用等方面开展了系统的工作。2003年获“国家杰出青年科学基金”资助。先后承担十余项国家重点项目如国家863方向项目“低成本锂离子电池隔膜关键技术研究”，国家自然科学基金委重点项目“仿生纳米通道隔膜的能量转换特性研究”。

发表与接收期刊论文100余篇，分别发表在Sci. Adv.， J. Am. Chem. Soc.， Adv. Mater.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Funct. Mater.，Adv. Polym. Sci.，Macromolecules，Polymer，Langmuir等杂志上，其中发表的Macromolecules, 2001, 316文章被Science杂志“Editor’s Choice”栏目作为年度高分子学科领域的研究亮点进行介绍。论文被SCI引用700余次，担任“高分子科学”杂志编委。申请专利30余项，并有10项专利授权。2004年获得首届中国分析测试协会优秀青年奖，2007年Polymer杂志第二届“冯新德高分子奖最佳文章提名奖”。

参考来源：

李杨.全固态锂离子电池关键材料研究进展

陈龙.全固态锂电池关键材料—固态电解质研究进展

刘鲁静.全固态锂离子电池技术进展及现状

（中国粉体网编辑整理/墨玉）

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