2024聚合物基固态电池关键材料开发报告

聚合物基固态电池关键材料开发周伟东北京化工大学2024-3-24目标：高安全、高能量密度电池(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4目标：高安全、高能量密度电池51.1双层聚合物基固态电解质挑战：聚合物电解质的氧化挑战：聚合物电解质的氧化-还原窗口较窄策略:(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.EnergyMater.2020,2002416储能科学与技术2022,11,17881.2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。聚草酸酯类电解质的聚草酸酯类电解质的本征导离子率Angew.Chem.Int.Ed.,2021,60,1833561.2同时稳定正负极界面？氟化聚草酸酯LiLi/NMC811全固态电池LiPF6-DMC7LiTFSI-DMC7LiTFSI-DOL/DME1.3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。Angew.Chem.Int.Ed.,2023,e202218229hotpaper89戊二醇戊二醇+含氟丁二醇丁二醇 1.4聚酯类电解质系统研究戊二醇戊二醇+含氟丁二醇丁二醇聚酯类电解质的聚酯类电解质的本征导离子率聚碳酸酯-Li聚丙二酸酯聚草酸酯-聚碳酸酯-Li聚丙二酸酯草酸酯-LiSinglecrystalSinglecrystalLiTFSI:(DMOA)2草酸酯-LiSinglecrystalSinglecrystalLiTFSI:(DMOA)2LiFSI:(DMOA)1DMOADMOADMOATFSI-DMOADMOAVS导离子率升高的原因：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，有利于锂盐的解离碳酸酯-碳酸酯-LiSinglecrystalLiTFSI:(EC)1TFSI-TFSI-TFSI-含氟基团对界面稳定性的影响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 1.4聚酯类电解质系统分析聚碳酸酯65oC聚草酸酯45o聚碳酸酯65oC聚草酸酯45oC> 1.5聚酯类电解质系统分析>C2-C5>C2-C5C2-C9C2-C6C2-C10J.Am.Chem.Soc.2024,146,5940−5951From全固态to准固态？聚合物基准固态聚合物基准固态（（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“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。双键自由基聚合开环聚合Angew.Chem.Int.Ed.,2023,e2023096132.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开环聚合双键自由基聚合开环聚合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 双键自由基聚合vs. 双键自由基聚合vs.开环聚合PVEC基PVEC基3.高镍单晶正极材料的制备Adv.EnergyMater.,2023,2203188Adv.EnergyMater.,2023,23003783.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-NCM90500g级制备报告总结>聚合物固态电解质体系c)揭示了聚合物结构与导离子率性能