2024聚合物基固态电池关键材料开发报告

周伟东 北京化工大学 目标：高安全、高能量密度电池 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 固态聚合物电解质的发展简史 目标：高安全、高能量密度电池 1.1双层聚合物基固态电解质 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 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. Energy Mater.2020, 2002416储能科学与技术2022,11, 1788 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。 1.2同时稳定正负极界面？氟化聚草酸酯 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。 1.4聚酯类电解质系统研究 1.4聚酯类电解质系统分析 导离子率升高的原因：（1）聚合物分子链的柔性增加，Tg降低（2）草酸酯、丙二酸酯与锂盐之间形成螯合配位，有利于锂盐的解离 1.4聚酯类电解质系统分析 1.4聚酯类电解质系统分析 1.5聚酯类电解质系统分析 From全固态to准固态？ 聚合物基准固态 问题： （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 “全固态”→“准固态” 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 2.原位固态化路线选择 双键自由基聚合vs.开环聚合 （1）两条路线，四种代表性酯类单体，揭示聚合条件-单体转化率-导离子率关系 （2）相同含F链段为锂金属提供相似LiF基SEI保护，揭示残留单体对界面稳定性影响。 2.原位固态化路线选择 双键自由基聚合vs.开环聚合 催化剂用量 双键自由基聚合 2.原位固态化路线选择 双键自由基聚合vs.开环聚合 锂盐和碳黑 2.原位固态化路线选择 双键自由基聚合vs.开环聚合 2.原位固态化路线选择 双键自由基聚合vs.开环聚合 3.高镍单晶正极材料的制备 Adv. Energy Mater.,2023, 2203188Adv. Energy Mater.,2023, 2300378 3.高镍单晶正极材料的制备 3.高镍单晶正极材料的制备 颗粒形貌可调控的高镍小单晶（SC-NCM90），500g级制备 报告总结 Ø聚合物固态电解质体系 a)提出了双层聚合物电解质的设计概念，扩大电化学窗口b)制备了含F的聚草酸酯结构，同时稳定金属锂和高电压的正极。c)揭示了聚合物结构与导离子率性能之间的构效关系。 Ø低成本生产单晶高镍正极材料 a)无熔盐脉冲高温法制备八面体单晶b)晶粒生长抑制剂存在下的三段烧结，制备高分散立方体单晶 全固态、高安全电池 致谢： 李玉良院士张立群院士邱介山教授李泓研究员李林教授杨勇教授Prof. John Goodenough 电话：15701001078E-mail：zhouwd@mail.buct.edu.cn