一种用于高压锂金属电池的新型高浓度固体聚合物电解质

锂金属电池含有金属锂阳极，是一种很有前景的可充电电池，有助于满足电子行业不断增长的需求。这些电池具有多种优点，包括高能量密度和快速充电时间。

研究人员最近一直在尝试设计新的电解质，以进一步提高锂金属电池的性能。这些通常是有机液体电解质或无机固体电解质。

虽然其中一些电解质的性能优于其他电解质，但液体和固体替代品都有很大的局限性。有机液体电解质会损害电池的安全性，而无机固体电解质通常表现出较高的界面电阻，这是由于固体电解质和固体电极之间的接触不良造成的。

这些现有液体和固体电解质的潜在替代品是使用聚合物电解质。通过利用聚合物的有利特性，这些电解质可以克服先前引入的电解质的局限性。

马里兰大学、伊利诺伊大学等机构的研究人员最近推出了一种用于锂金属电池的新型高浓度固体聚合物电解质。他们提出的电解质在《自然能源》杂志上发表的一篇论文中概述，可以通过保持良好的机械强度、消除聚合物中的界面和抑制锂枝晶的生长来提高锂金属电池的安全性、稳定性和能量密度。

“聚合物电解质可以利用液体电解质的低接触电阻和固体电解质的高安全性，但仍然存在两个问题：离子电导率低以及阳极和界面上的锂枝晶生长，”博士生张伟然.D.马里兰大学王春生课题组的学生、该论文的第一作者告诉TechXplore。

“为了克服这些挑战，我们从最先进的高浓度液体电解质中汲取灵感，其中高浓度的锂盐可促进Li+传导并形成保护性固体电解质界面(SEI)，以抑制阳极处锂枝晶的生长。”

虽然高浓度的锂盐可以促进富含无机物的SEI的形成，从而抑制锂枝晶的生长，但它也会损害聚合物的机械强度。张和他的同事着手设计一种方法来设计保持良好机械强度的高浓度聚合物共混物。

他们的方法建立在之前研究中收集的见解的基础上，添加另一种成分来增强机械强度。然而，之前的研究也发现固体电解质内的界面可以促进锂枝晶的生长。因此，研究人员假设聚合物应该彼此混溶，这将消除这种界面。

基于这一假设，他们随后筛选了各种聚合物的成分，最终设计出了一种新型有前景的聚合物电解质。该电解质基于两种可混溶聚合物的混合物。