北京化工大学：2024聚合物基固态电池关键材料开发报告.pdf

聚合物基固态电池关键材料开发

周伟东

北京化工大学

2024-3-24

目标：高安全、高能量密度电池

400-500Wh/kg

固态电池体系：

(1)不（少）含易燃液体,提高安全

(2)锂(合金)负极(1500mAh/g)，替代石墨负极(372mAh/g),

提高能量密度

2

固态聚合物电解质的发展简史

ACSSustainableChemistryEngineering,2023，11,1253−12773

目标：高安全、高能量密度电池

4

1.1双层聚合物基固态电解质

挑战：聚合物电解质的氧化-还原窗口较窄

策略:(1)双层聚合物/聚合物电解质，高电压SPE接触正极，低电压SPE接触锂金属

负极;(2)原位钝化界面

全固态电池设计图析

最高占据分子轨道（HOMO），最低未占据分子轨道（LUMO）

Adv.Mater.,2019,31,1805574,高被引;中国专利授权号：201810768363.8

Adv.EnergyMater.2020,2002416储能科学与技术2022,11,1788

5

1.2同时稳定正负极界面？氟化聚草酸酯

目标：设计新的聚合物结构，同时兼容高电压正极和低电压负极

策略：聚酯耐受高电压，含F基团可以原位与金属锂形成钝化层，稳定与金属锂的界面。

新结构：氟化的聚草酸酯。

聚草酸酯类电解质的本征导离子率

草酸酯氟化草酸酯

HOMOHOMO

Angew.Chem.Int.Ed.,2021,60,183356

1.2同时稳定正负极界面？氟化聚草酸酯

Li/NMC811全固态电池

氟化草酸酯

PEGMA

LiPF-DMC

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LiTFSI-DMC

LiTFSI-DOL/DME77

1.3聚酯类电解质系统研究

（1）揭示分子结构-导离子率关系,以聚碳酸酯、聚草酸酯、聚丙二酸酯为例，

（2）氟带乙酸酯封端，与锂金属原位形成LiF基复合SEI，提高与锂金属稳定性。