浦項(xiàng)科技大學(xué) （POSTECH） 化學(xué)系的 Soojin Park 教授、博士生 Seoha Nam 和 Hye Bin Son 博士在創(chuàng)造一種既穩(wěn)定又具有商業(yè)可行性的基于凝膠電解質(zhì)的電池方面取得了突破。他們的研究最近發(fā)表在國(guó)際期刊 Small 上。

鋰離子電池廣泛用于便攜式電子產(chǎn)品和儲(chǔ)能，包括電動(dòng)汽車(chē)。然而，這些電池中使用的液體電解質(zhì)存在重大的火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)，這促使人們不斷進(jìn)行研究，以尋找更安全的替代品。一種選擇是半固態(tài)電池，它代表了具有液體電解質(zhì)的傳統(tǒng)鋰離子電池和固態(tài)電池之間的中間地帶。通過(guò)使用凝膠狀電解質(zhì)，這些電池提供了更高的穩(wěn)定性、能量密度和相對(duì)較長(zhǎng)的使用壽命。

制造凝膠電解質(zhì)通常涉及在高溫下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的熱處理，這會(huì)使電解液降解，從而導(dǎo)致電池性能下降和生產(chǎn)成本增加。此外，半固態(tài)電解質(zhì)和電極之間的界面電阻在制造過(guò)程中也構(gòu)成了挑戰(zhàn)。由于復(fù)雜的制造方法和大規(guī)模應(yīng)用的問(wèn)題，以前的研究在將他們的發(fā)現(xiàn)直接應(yīng)用于當(dāng)前的商用電池生產(chǎn)線(xiàn)時(shí)遇到了限制。

Soojin Park 教授的團(tuán)隊(duì)使用雙功能交聯(lián)添加劑 （CIA）、六丙烯酸二季戊四醇 （DPH） 和電子束 （e-beam） 技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的軟包式電池制造工藝包括電極制備、電解液注入和組裝、活化和脫氣步驟。然而，研究人員通過(guò)在脫氣過(guò)程后簡(jiǎn)單地引入額外的電子束照射步驟來(lái)增強(qiáng) DPH 的雙重功能。CIA 既可以作為添加劑，在活化過(guò)程中促進(jìn)陽(yáng)極和陰極表面之間的穩(wěn)定界面，也可以作為交聯(lián)劑，在電子束照射過(guò)程中形成聚合物結(jié)構(gòu)。

該團(tuán)隊(duì)的軟包式電池采用凝膠電解質(zhì)，在初始充電和放電過(guò)程中顯著減少了電池側(cè)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，與傳統(tǒng)電池相比減少了 2.5 倍。此外，由于電極和凝膠電解質(zhì)之間的強(qiáng)相容性，它有效地將界面電阻降至最低。

隨后，研究人員開(kāi)發(fā)了一種 1.2 Ah（安培小時(shí)）的高容量電池，并在 55 攝氏度（加速電解質(zhì)分解的環(huán)境）下測(cè)試了其性能。在這種情況下，使用傳統(tǒng)電解質(zhì)的電池會(huì)產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致容量迅速降低，電池在 50 次循環(huán)后膨脹。相比之下，該團(tuán)隊(duì)的電池沒(méi)有出現(xiàn)氣體產(chǎn)生，即使在 200 次循環(huán)后仍保持 1 Ah 的容量，顯示出其增強(qiáng)的安全性和耐用性。

這項(xiàng)研究特別重要，因?yàn)樗够谀z電解質(zhì)的電池的安全性和商業(yè)可行性能夠在現(xiàn)有的軟包電池生產(chǎn)線(xiàn)中快速大規(guī)模生產(chǎn)。

POSTECH 的 Soojin Park 教授評(píng)論道：“這一在穩(wěn)定性和商業(yè)可行性方面的成就有望成為電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的突破。他補(bǔ)充說(shuō)：“我們希望這一進(jìn)步不僅會(huì)極大地有利于電動(dòng)汽車(chē)，還會(huì)極大地有利于依賴(lài)鋰離子電池的廣泛其他應(yīng)用。

該研究是在韓國(guó)國(guó)家研究基金會(huì)的職業(yè)中期研究計(jì)劃的支持下進(jìn)行的。