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浙江大学AS：保护层策略助力柔性且安全的聚合物电解质应用于柔性可拉伸锂电池器件

科学材料站

2021-05-07

导读：本文报道了一种具有高弹性、安全且具有出色电化学性能的凝胶聚合物电解质

文章信息

保护层策略助力柔性且安全的聚合物电解质应用于柔性可拉伸锂电池器件

第一作者：张晟昭

通讯作者：王秀丽*，涂江平*

单位：浙江大学

研究背景

随着近几年柔性电子产品尤其是可穿戴电子设备的发展，对于具有柔性的锂离子电池的需求也日益增长。一方面柔性电池需要复杂变形条件下保持高安全性，另一方面，柔性电池的各组成部分需要具备完成弯曲、折叠、拉伸等复杂形变的能力。

作为电池中重要的组成部分，设计具有高安全性且具有弹性的聚合物基固态电解质是使电池满足上述条件的关键。采用具有弹性的高分子聚合物作为聚合物电解质基体和具有阻燃性的增塑剂是制备柔性安全固态电解质的有效策略。

文章简介

基于此，浙江大学涂江平教授课题组在知名期刊Advanced Science上发表题为“A stretchable and safe polymer electrolyte with a protecting-layer strategy for solid state lithium metal batteries”的研究文章。

文章报道了一种具有高弹性、安全且具有出色电化学性能的凝胶聚合物电解质；同时通过过渡层策略改善了电解质与负极的接触稳定性，使固态电池具有良好的循环稳定性；采用该双层电解质制作的柔性锂离子电池器件可以在不同变形条件下进行工作。

图1. 基于柔性聚合物电解质及柔性电极的柔性锂离子电池示意图

本文要点

要点一：高性能柔性凝胶聚合物电解质的设计及制备

以丙烯酸丁酯-聚乙二醇二丙烯酸酯（BA-PEGDA）共聚物作为弹性基体，聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）作为增强体，磷酸三乙酯/氟代碳酸乙烯酯混合溶剂作为增塑剂，通过加热/光引发聚合的方式制备得到凝胶聚合物电解质（PBPF）。该电解质具有高达450%的极限伸长率、良好的阻燃特性和电化学性能。

要点二：保护层策略助力固态电池获得稳定电解质/负极界面

为了避免PBPF中对负极不够稳定的磷酸三乙酯增塑剂在循环过程中与负极发生副反应，在PBPF与负极接触的一侧设计了一层含有BA-PEGDA、PVDF-HFP、聚环氧乙烷（PEO）和EC/DMC的凝胶聚合物电解质（PBPO）。

其能够避免PBPF与负极的直接接触，同时可以在循环过程中帮助负极建立强韧且稳定的固态电解质中间相（SEI）层，避免因充放电过程中SEI破裂而造成的锂枝晶生长，提升固态电池的循环稳定性和寿命。