聚合物基固态电池关键材料开发 2024.pptx

(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

目标：高安全、高能量密度电池

400-500Wh/kg

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

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：201810768363.8Adv.EnergyMater.2020,2002416储能科学与技术2022,11,1788

1.1双层聚合物基固态电解质

全固态电池设计图析

5

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。

1.2同时稳定正负极界面？氟化聚草酸酯

聚草酸酯类电解质的本征导离子率

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

草酸酯

HOMO

HOMO

1.2同时稳定正负极界面？氟化聚草酸酯

LiTFSI-DMC

LiTFSI-DOL/DME

Li/NMC811全固态电池

氟化草酸酯

PEGMA

LiPF6-DMC

7

（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。

1.3聚酯类电解质系统研究

Angew.Chem.Int.Ed.,2023,e202218229hotpaper

8

1.4聚酯类电解质系统研究

聚酯类电解质的本征导离子率

戊二醇+含氟丁二醇

聚碳酸酯-Li

聚草酸酯-Li

聚丙二酸酯

戊二醇

丁二醇

9

1.4聚酯类电解质系统分析

Singlecrystal

LiTFSI:(DMOA)2

Singlecrystal

LiFSI:(DMOA)1

草酸酯-Li

VS

DMOA

userid:139428,docid:160511,date:2024-05-06,

TFSI-

10

1.4聚酯类电解质系统分析

含氟基团对界面稳定性的影响

聚合物端基-OH三氟乙酸酯端基

11

1.4聚酯类电解质系统分析

聚草酸酯

聚碳酸酯

聚丙二酸酯

聚丙二酸酯35oC

聚草酸酯45oC

聚碳酸酯65oC

聚二甲基丙二酸酯

聚丙二酸酯

12

1.5聚酯类电解质系统分析

J.Am.Chem.Soc.2024,146,5940−5951

C2-C10

C2-C9

C2-C5

C2-C6

13

14

（1）较低的本征导离子率，在完全无溶剂的条件下，室温的导离子率低于10-4S/cm（2）成本低，有利于规模化应用，1000→500元/kg，LiTFSI回收后会进一步降低

聚合物基准固态是一个更加切实的路径

（1）室温的导离子率高于10-3S/cm（2）电化学窗口宽，界面接触好（3）成本低，有利于规模化应用

From全固态to准固态？

聚合物基准固态

“全固态”→“准固态”

问题：

2.原位固态化路线选择

双键自由基聚合vs.开环聚合

Angew.Chem.Int.Ed.,2023,e202309613

双键自由基聚合

开环聚合

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2.原位固态化路线选择

双键自由基聚合vs.开环聚合

开环聚合双键自由基聚合

催化剂用量

双键自由基聚合

聚合时间

开环聚合

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锂盐和碳黑

促进

阻碍

捕获

2.原位固态化路线选择

双键自由基聚合vs.开环聚合

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2.原位固态化路线选择

双键自由基聚合vs.开环聚合

界面稳定性

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2.原位固态化路线选择

双键自由基聚合vs.开环聚合

PVEC基

PVL基

19

3.高镍单晶正极材料的制备

Adv.EnergyMater.,2023,2203188Adv.EnergyMater.,2023,2300378

20

3.高镍单晶正极材料的制备

21

颗粒形貌可调控的高