2024聚合物基固态电池关键材料开发报告

北京化工大学研报总结

聚合物基固态电池关键材料开发

核心目标：研发高安全、高能量密度的固态电池，主要通过改进聚合物基固态电解质，实现：

1. 安全性提升：不含易燃液体，采用聚合物电解质，提高电池安全性。
2. 能量密度提升：采用锂（合金）负极，取代传统石墨负极，以提升能量密度至400-500Wh/kg。

聚合物基固态电解质发展：

• 发展历史：回顾了聚合物电解质的发展历程，强调了其在固态电池中的作用和挑战。
• 双层聚合物电解质设计：提出双层聚合物电解质结构，高电压电解质接触正极，低电压电解质接触锂金属负极，以增强界面稳定性。
• 界面稳定策略：通过原位钝化界面，调整材料的最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO），以提高与锂金属的稳定性。

新材料开发：

• 氟化聚草酸酯：设计氟化聚草酸酯，用于同时稳定高电压正极和锂金属负极界面，通过原位形成LiF层，提高界面稳定性。

界面稳定性分析：

• 分子结构与导离子率的关系：通过实验揭示不同聚合物结构（如聚碳酸酯、聚草酸酯、聚丙二酸酯）与导离子率的关系。
• 含氟基团的作用：氟化草酸酯端基有助于形成稳定界面，与锂金属形成LiF复合SEI层。

聚合物类电解质系统比较：

• 对比不同聚合物类电解质（聚碳酸酯、聚草酸酯、聚丙二酸酯）的本征导离子率，探讨其与锂金属的兼容性及稳定性差异。

成本与应用：

• 探讨从全固态向准固态聚合物基准固态转变的可能性，关注成本效益和规模化应用潜力。

原位固态化路径：

• 分析双键自由基聚合和开环聚合两种方法的优劣，包括聚合条件、单体转化率与导离子率的关系，以及残留单体对界面稳定性的影响。

高镍单晶正极材料：

• 制备颗粒形貌可调控的高镍单晶（SC-NCM90），实现500g级的大规模生产，提升电池性能。

结论

北京化工大学的研究聚焦于聚合物基固态电池的关键材料开发，通过创新聚合物电解质设计和高镍单晶正极材料制备，旨在提升电池的安全性和能量密度，推动全固态、高安全电池技术的发展。研究成果涉及新材料设计、界面稳定性优化、成本控制等多个方面，展示了在固态电池领域的重要进展。