科學家研發出基於改性凝膠聚合物電解質的高效柔性雙離子電池

近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團隊成功研發出了一種基於改性凝膠聚合物電解質的高效柔性雙離子電池。相關研究成果A Flexible Dual-Ion Battery Based on PVDF-HFP-Modified Gel Polymer Electrolyte with Excellent Cycling Performance and Superior Rate Capability已在線發表於國際期刊《先進能源材料》（Advanced Energy Materials, 2018, 8, 1801219）。

鋰離子電池（LIB）由於其能量密度相對高、循環壽命長、記憶效應小和自放電低等優點，在消費電子和電動汽車市場中佔主導地位。然而，由於負極石墨的低電壓平台，在電池循環過程中易形成鋰枝晶，增加了短路的風險，並且常規LIB中的有機液體電解質易燃，從而導致嚴重的安全問題。因此，具有無機固體電解質或聚合物電解質的固態電池由於其不燃性和高安全性引起了越來越多的關注，其中基於具有較高離子電導率的聚合物電解質電池更適合於實際應用。另一方面，雙離子電池（DIB）由於其工作電壓高、低成本、環保易回收等優點已受到廣泛關注。然而，由於常規電解液在高工作電壓下易分解，大多數DIB的循環穩定性仍有待提升。

為了解決上述問題，唐永炳及其團隊成員陳光海、張帆等人最近研發出了一種PVDF-HFP、聚氧化乙烯(PEO)與氧化石墨烯(GO)共摻雜的凝膠電解質（簡稱PHPG）。該PHPG共聚物顯示出3D多孔網路結構，並具有較高的離子電導率（2.1×10-3S cm-1），從而有利於Li+和PF6-的傳輸。結果表明，基於該凝膠電解質的新型雙離子電池具有優異的倍率性能和循環穩定性：該電池在4.0V的高平均放電電壓下，在倍率為5C時充放電循環2000次後容量保持率高達92%。此外，該電池還具有良好的柔韌性和熱穩定性，在高達90°C的環境下仍可以正常工作。該高效柔性雙離子電池在可穿戴電子設備等領域具有廣闊的應用前景。

該項研究得到了國家自然科學基金、廣東省科技計劃項目、深圳市科技計劃項目等的資助。

圖(a) 新型柔性雙離子電池在5C下充放電2000次的循環曲線；(b)柔性雙離子電池在不同摺疊狀態的工作穩定性；(c) 柔性雙離子電池在不同溫度下的穩定性。

來源：中國科學院深圳先進技術研究院

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