高效柔性双离子电池的研发

图(a)新型柔性双离子电池在5C下充放电2000次的循环曲线;(b)柔性双离子电池在不同折叠状态的工作稳定性;(c)柔性双离子电池在不同温度下的稳定性。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳及其研究团队成功研发出了一种基于改性凝胶聚合物电解质的高效柔性双离子电池。相关研究成果AFlexibleDual-IonBatteryBasedonPVDF-HFP-ModifiedGelPolymerElectrolytewithExcellentCyclingPerformanceandSuperiorRateCapability已在线发表于国际期刊《先进能源材料》(AdvancedEnergyMaterials,2018,8,1801219)。

锂离子电池(LIB)由于其能量密度相对高、循环寿命长、记忆效应小和自放电低等优点，在消费电子和电动汽车市场中占主导地位。然而，由于负极石墨的低电压平台，在电池循环过程中易形成锂枝晶，增加了短路的风险，并且常规LIB中的有机液体电解质易燃，从而导致严重的安全问题。因此，具有无机固体电解质或聚合物电解质的固态电池由于其不燃性和高安全性引起了越来越多的关注，其中基于具有较高离子电导率的聚合物电解质电池更适合于实际应用。另一方面，双离子电池(DIB)由于其工作电压高、低成本、环保易回收等优点已受到广泛关注。然而，由于常规电解液在高工作电压下易分解，大多数DIB的循环稳定性仍有待提升。

为了解决上述问题，唐永炳及其团队成员陈光海、张帆等人最近研发出了一种PVDF-HFP、聚氧化乙烯(PEO)与氧化石墨烯(GO)共掺杂的凝胶电解质(简称PHPG)。该PHPG共聚物显示出3D多孔网络结构，并具有较高的离子电导率(2.1×10-3Scm-1)，从而有利于Li+和PF6-的传输。结果表明，基于该凝胶电解质的新型双离子电池具有优异的倍率性能和循环稳定性：该电池在4.0V的高平均放电电压下，在倍率为5C时充放电循环2000次后容量保持率高达92%。此外，该电池还具有良好的柔韧性和热稳定性，在高达90°C的环境下仍可以正常工作。该高效柔性双离子电池在可穿戴电子设备等领域具有广阔的应用前景。