研究人员开发出一种商业上可行且安全的锂电池凝胶电解质

浦项科技大学(POSTECH)化学系的SoojinPark教授、博士生SeohaNam和HyeBinSon博士在研制出一种既稳定又具有商业可行性的凝胶电解质电池方面取得了突破。他们的研究发表在《Small》杂志上。

锂离子电池广泛应用于便携式电子设备和储能领域，包括电动汽车。然而，这些电池中使用的液体电解质存在很大的和爆炸风险，这促使人们不断研究寻找更安全的替代品。

一种替代方案是半固态电池，它是传统锂离子电池(采用液体电解质)和固态电池之间的中间地带。通过使用凝胶状电解质，这些电池具有更高的稳定性、能量密度和相对较长的使用寿命。

制造凝胶电解质通常需要在高温下进行长时间的热处理，这会降低电解质的质量，导致电池性能下降和生产成本增加。此外，半固体电解质和电极之间的界面电阻对制造过程也提出了挑战。

由于制造方法复杂以及大规模应用的问题，先前的研究在将其研究成果直接应用于当前的商业电池生产线时遇到了限制。

SoojinPark教授的团队利用双功能交联添加剂(CIA)、二季戊四醇六丙烯酸酯(DPH)结合电子束(e-beam)技术解决了这些挑战。

传统的软包电池制造工艺包括电极制备、电解液注入和组装、活化和脱气步骤。然而，研究人员通过在脱气过程后简单地引入额外的电子束辐照步骤，增强了DPH的双重功能。

CIA既可作为添加剂，在活化过程中促进阳极和阴极表面之间形成稳定的界面，又可作为交联剂，在电子束辐照过程中形成聚合物结构。

该团队的软包电池采用凝胶电解质，显著减少了初始充电和放电过程中电池副反应产生的气体，与传统电池相比减少了2.5倍。此外，由于电极和凝胶电解质之间的强兼容性，它有效地降低了界面电阻。

随后，研究人员开发出1.2Ah(安培小时)大容量电池，并在55摄氏度的环境下测试其性能，这种环境会加速电解质的分解。在此条件下，使用传统电解质的电池会产生大量气体，导致容量迅速下降，并且在50次循环后电池会膨胀。

相比之下，该团队的电池没有出现气体产生，即使在200次循环后仍能保持1Ah的容量，证明了其增强的安全性和耐用性。

这项研究具有特别重要的意义，因为它使得基于凝胶电解质的电池的安全性和商业可行性能够在现有的袋式电池生产线内快速大规模生产。

浦项科技大学的朴秀珍教授表示：“这一稳定性和商业可行性方面的成就有望成为电动汽车行业的突破。我们希望这一进步不仅能极大地造福电动汽车，还能造福依赖锂离子电池的广泛其他应用。”

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