凝膠聚合物電解質防火性能優異 能提高鋰離子電池安全性能

近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所溫兆銀研究員團隊通過離子導電型引發劑實現了凝膠聚合物電解質的原位制備，該凝膠聚合物電解質具有優異的耐火性能，基于該電解質組裝的固態鋰離子電池在同時承受剪切與火燒條件(火焰溫度528℃)下仍能為發光二極管陣列供電，使鋰離子電池的安全性大大提高。

相關工作申請了中國發明專利，主要研究結果以“InSituGeneratedFireproofGelPolymerElectrolytewithLi6.4Ga0.2La3Zr2O12AsInitiatorandIon-ConductiveFiller”為題發表在國際頂級期刊AdvancedEnergyMaterials(IF=21.875)上，論文第一作者為上海硅酸鹽所在讀博士研究生徐東，導師為溫兆銀研究員。

凝膠聚合物電解質(GPE)在一定程度上兼具固態聚合物電解質(SPE)的高安全性與液態電解質高離子電導率的優勢，被認為是當前最適合實際使用的一種電解質體系。目前研究較多的是基于聚偏氟乙烯(PVDF)及其衍生物的凝膠聚合物電解質體系。

然而凝膠電解質中依然含有一定量的可燃性液態電解質，存在安全隱患。為進一步提高其安全性能以及電化學性能，科研工作者們做了大量的研究工作，主要包括有機-有機共混改性、有機-無機復合改性、物理/化學交聯改性等。

但大多數文獻并未對凝膠聚合物電解質的安全性能進行具體報道。另一方面，在目前常用的相轉換法等凝膠聚合物電解質的制備過程中，使用了大量揮發性有機溶劑，既污染環境，又增加成本，且制備過程繁瑣。采用原位交聯聚合制備的辦法可以避免或減輕上述問題。

防火型凝膠聚合物電解質組成與結構示意圖及基于該凝膠聚合物電解質的軟包鋰離子電池的剪切和燃燒試驗

溫兆銀研究員團隊以石榴石型固體電解質(Li6.4Ga0.2La3Zr2O12)為引發劑和離子導電型填料，在聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)的磷酸三乙酯/氟代碳酸乙烯酯(TEP/FEC)混合溶液中引發PVDF-HFP的脫氟和交聯過程，從而實現凝膠聚合物電解質的原位制備，并對凝膠轉變過程的機理進行了深入研究。

優化后的凝膠聚合物電解質在20℃時離子電導率達到1.83×10-3Scm-1，室溫下電化學穩定窗口4.75V。該凝膠聚合物電解質具有優異的耐火性能，由其組裝的固態鋰離子電池具有較高的安全性。基于該凝膠聚合物電解質的三元鋰離子電池表現出較好的循環穩定性。該工作提供了采用防火型凝膠電解質可獲得優良的離子電導率以及保證凝膠聚合物電解質和相應鋰離子電池高安全性的研究新思路。

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