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華南理工袁偉教授課題組《ACS AMI》:基于溶劑化離子液體的超快紫外光固化凝膠電解質(zhì) - 為鋰電安全賦能
2022-09-19  來(lái)源:高分子科技

  鋰離子電池由于其高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、充電速度快、放電功率高、自放電率小、記憶效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到動(dòng)力集成(新能源汽車(chē)),消費(fèi)電子(手機(jī)、筆記本、智能穿戴),儲(chǔ)能領(lǐng)域(5G基站,電網(wǎng)),深入到生活的方方面面。然而,傳統(tǒng)鋰離子電池采用易燃、易泄漏以及易揮發(fā)的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)和熱穩(wěn)定性差的聚合物隔膜,如遭遇破壞會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。制備高安全性、高性能的凝膠電解質(zhì)為緩解上述問(wèn)題帶來(lái)重要解決思路。


1 光固化凝膠電解質(zhì)制備示意圖


  近期,華南理工大學(xué)節(jié)能與新能源先進(jìn)制造學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)袁偉教授課題組在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上發(fā)表了題為High-performance and highly safe solvate ionic liquid-based gel polymer electrolyte by rapid UV-curing for lithium-ion batteries”的原創(chuàng)性文章(DOI:10.1021/acsami.2c13325)。該課題組報(bào)道了一種基于溶劑化離子液體的光固化凝膠聚合物電解質(zhì)。低揮發(fā)性、高熱穩(wěn)定性的溶劑化離子液體(SIL)在短短30秒內(nèi)通過(guò)高效的光固化工藝被凝膠化,形成柔性的SIL基凝膠聚合物電解質(zhì)(SGPE)。 合成的SGPE室溫離子電導(dǎo)率為0.63 mS cm-1,具備良好的力學(xué)性能(壓縮模量:1.701 MPa)和高熱穩(wěn)定性(216°C分解)。此外,SGPE與金屬鋰的兼容性好,組裝的Li|SGPE|LiFePO4電池表現(xiàn)出高充放電可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性,750次循環(huán)后容量保持率為99.7%,平均庫(kù)侖效率為99.7%。軟包電池驗(yàn)證結(jié)果表明SGPE在高安全、柔性儲(chǔ)能器件領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。文章由華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院、環(huán)境與能源學(xué)院的作者共同完成。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等支持。 


2 SGPE的合成/安全/力學(xué)/電化學(xué)性能表征:(a)UV光照前后的紅外光譜;(b)SGPE表面的掃描電鏡圖;(c)拉曼光譜;(d)熱重分析測(cè)試;(e)熱尺寸穩(wěn)定性測(cè)試;(f)點(diǎn)燃測(cè)試;(g)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線;(h)25°C到85℃的離子電導(dǎo)率;(i)電化學(xué)窗口;(j)鋰對(duì)稱循環(huán)測(cè)試 


3 SGPE所裝配電池的電化學(xué)性能(室溫):Li|SGPE|LiFePO4電池的(a)倍率性能(b)循環(huán)性能;Li|SGPE|Li4Ti5O12電池的(c)倍率性能(d)循環(huán)性能;(e)循環(huán)后的電極/電解質(zhì)界面的掃描電鏡圖;LiFePO4|SGPE|Li4Ti5O12電池的(f)充放電曲線(g)循環(huán)性能 


4 (a)SGPE的原位和非原位制備工藝;(b)軟包柔性測(cè)試;(c)原位/非原位制備工藝在受力不均下的截面示意圖


  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c13325


作者團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介


  華南理工大學(xué)“面向新能源和儲(chǔ)能的先進(jìn)制造技術(shù)”學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于鋰離子電池、燃料電池、先進(jìn)儲(chǔ)能、能源高效利用與轉(zhuǎn)化、熱管理及熱設(shè)計(jì)、新能源汽車(chē)等方面的創(chuàng)新研究和成果轉(zhuǎn)化。


  團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人袁偉現(xiàn)為華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師,機(jī)械制造及其自動(dòng)化學(xué)科方向帶頭人。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院先進(jìn)電池創(chuàng)新中心高級(jí)訪問(wèn)學(xué)者。現(xiàn)為“先進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)電源及熱控系統(tǒng)”廣東省工程技術(shù)研究中心主任,“節(jié)能與新能源綠色制造”廣東省工程技術(shù)研究中心常務(wù)副主任。國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者,霍英東青年科學(xué)獎(jiǎng)獲得者,廣東青年五四獎(jiǎng)?wù)芦@得者。入選國(guó)家“萬(wàn)人計(jì)劃”領(lǐng)軍人才、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、廣東省特支計(jì)劃領(lǐng)軍人才等。


  第一作者簡(jiǎn)介:高欣竹,在讀碩士研究生,研究方向?yàn)楣夤袒囯姵仉娊赓|(zhì)。

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(責(zé)任編輯:xu)
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