锂电池的救星——固态聚合物电解质

储能设备是现代人类进步的关键技术。由于锂电子二次电池具有工作电压高、循环寿命长、环境污染小等诸多优点，成为应用极为普遍的绿色化学能源。新一代高比能量锂电池是未来储能器件的发展方向，但是由于高能量密度锂电池因使用有机电解液而存在易漏液、着火、爆炸等一系列安全隐患，提升电池安全性便成为当下研究的重点。

近日，清华大学材料学院研究出了新型固态聚合物电解质取代传统有机电解液，成功地解决了这一难题。这种电解质具有高离子电导率、低电极/电解质界面阻抗、良好的机械强度，对于提升电池的安全具有十分重要的意义。

研究人员首先通过改进化学工艺构建了低阻抗的石墨电极/凝胶聚合物电解质界面。在此基础上将腈类在丁二腈全固态电解质（SEN）中原位聚合，这样使得电极与SEN之间保持良好的粘附性，明显降低了界面阻抗并使得聚合物电池呈现处良好的电化学性能。

其次，又将二缩三丙二醇二丙烯酯单体溶于碳酸酯基电解液配得前驱体溶液，制成纳米球基复合固态电解质（SiSE）。由于稳定、低阻抗的电极/固态电解质界面和SiSE对锂枝生产具有显著抑制作用，使用SiSE的固态锂金属电池表现出优越的循环性能和安全性。

SISE制备流程

再次，研究人员将含有氟代碳酸乙烯酯的醚类电解液吸入纳米球层制得准固态电解质。这种丰富的介孔结构可吸附多硫化物限制穿梭效应，使锂化硅-硫全电池的循环性能得到明显改善，并在短路条件下保持结构无损。

最后，采用原位方法设计了高安全性层次结构聚离子液体基固态电解质。该电解质同时具备高离子电导率，低电极/电解质界面阻抗和良好的机械强度，在锂离子和钠离子电池中均表现出优越的电化学性能。

该项研究成果不仅成功制备了准固态聚合物电解质，并且首次将聚离子液体材料的应用从锂离子电池扩展到钠离子电池，为新型储能器件的发展提供了良好的思路。