新能源电池用电解质的技术发展及树枝状聚合物在电解质中的应用

学术   科技   2024-05-30 12:21   山东  


一、电池电解质的技术的发展

电池电解质是电池中的重要组成部分,它在电池的充放电过程中起着关键作用。

1. 液态电解质:目前大多数电动汽车使用的是液态电解质,常见的液态电解质是含有锂盐的有机溶液。然而,液态电解质存在一些局限性,如易泄漏、易燃等安全问题。

2. 固态电解质:固态电解质是一种全新的电池技术,采用固态电解质替代传统的液态电解质。固态电池在能量密度、安全性能等方面具有显著优势,但目前仍面临一些技术挑战,如固态电解质材料的锂离子电导率偏低、固/固界面接触性和稳定性差等问题。

3. 新型固态电解质:中国科学技术大学的马骋教授设计并合成了一种新型固态电解质——氧氯化锆锂。这种材料具有很强的成本优势,其综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相当。由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态锂电池展示了极为优异的性能,在12分钟快速充电的条件下,该电池仍然成功地在室温稳定循环2000圈以上。

4. 技术难点:全固态电解质锂动力电池存在的技术难点问题包括固态电解质材料的锂离子电导率偏低、固/固界面接触性和稳定性差、金属锂的可充性等。这些问题限制了全固态电池的大规模应用。

5. 发展前景:固态电池前景广阔,被视作提升续航里程、解决安全性问题的理想方案。随着技术的不断进步,预计未来几年固态电池将逐渐实现商业化应用。

总的来说,电池电解质技术的发展是为了提高电池的性能、安全性和成本效益。新型固态电解质的研究和开发是当前的热点领域,未来有望为新能源电池带来更大的突破和进步。

二、树枝状聚合物在电解质中的应用

1. 固态电解质:树枝状聚合物可以用于制备固态电解质,与传统的液态电解质相比,固态电解质具有更高的安全性和稳定性,能够提高电池的能量密度和循环寿命。

2. 电解质添加剂:树枝状聚合物可以作为电解质添加剂,改善电解质的性能,如提高离子电导率、降低界面电阻、增强电解质的稳定性等。

3. 粘结剂:在锂离子电池中,树枝状聚合物可以作为粘结剂,用于将电极材料粘附在集流体上,同时提供电子导电网络。树枝状聚合物的高曲率和孔隙度可以增强电极的润湿性,提高电池的电化学性能。

4. 交联剂:树枝状聚合物可以作为交联剂,用于构建三维交联聚合物网络,提高电解质的机械强度和稳定性,同时增强电解质与电极之间的界面结合力。

5. 保护层:树枝状聚合物可以作为电解质的保护层,防止电解质与外界环境发生反应,提高电解质的稳定性和耐久性。

需要注意的是,虽然树枝状聚合物在电池电解质中有广泛的应用前景,但其性能和稳定性仍需要进一步研究和优化。

文献:

1. “PAMAM树枝状聚合物诱导的三维交联网络粘合剂赋予电池优异的循环稳定性”:本文设计了聚酰胺胺(PAMAM)诱导的三维交联聚合物,并将其作为锂离子电池阴极的粘结剂。与传统的线性聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂相比,3D粘结剂表现出更好的粘结能力和电解质亲和力,使电极材料之间的接触更加紧密,从而为LiFePO4阴极带来了优异的电子电导率和离子电导率。由于PAMAM中丰富的胺基和空腔,使其具有良好的电解质亲和力,从而降低了电池的界面阻抗。因此,实现了更小的极化和更好的c-倍率能力(140mAh g-1 / 2C放电)。。

2. “使用生物质衍生电解质和树枝状聚合物实现长寿命电化学发光电池”:研究了一种新型树枝状聚合物型热激活延迟荧光材料在电化学发光电池中的应用,展示了其长寿命的发光性能。

3. “Dendritic Solid Polymer Electrolytes: A New Paradigm for High-Performance Lithium-based Batteries”:这篇论文聚焦于树枝状固体聚合物电解质在锂电池中的应用,讨论了其合成方法、性能调控以及在固态电池领域的最新研究进展。


晨源分子介绍
亚洲首家研发与生产树枝状聚合物的高新技术企业

海晨源分子新材料有限公司成立于2011年,是一家国家级高新技术企业。公司先后获批山东省工程技术研究中心、山东省品牌国际科技合作基地、山东省院士工作站、山东省知名品牌、山东省隐形冠军等技术创新平台及荣誉。创始人李武松博士毕业于北京大学,是中国树枝状聚合物产业化的创始人,先后获得山东省组织部颁发的山东省泰山产业领军人才,山东省人社厅颁发的山东省有突出贡献的中青年专家,山东青年五四奖章、山东省优秀科技工作者、2018年度威海市市长质量奖、威海市科学技术一等奖、威海市十大杰出青年、2020“大国之材”年度人物,荣获共青团中央和人社部颁发的第十一届中国青年创业奖等荣誉称号。


晨源分子目前拥有由多名名校毕业的博士、硕士组成的研发团队,与北京大学、清华大学和上海交通大学等国内外6所高校院所建立了产学研合作,拥有行业内唯一的院士工作站,并获得了政府数千万元的科技支持。


晨源分子建立了亚洲第一条也是唯一一条吨级高纯度树枝状聚酰胺胺生产线以及千吨级超支化聚酯的产业化生产线,实现了树枝状聚合物真正意义上的产业化,填补国内空白,打破了欧美技术垄断。目前,国内知名企业金发、聚隆、横店得邦等均使用晨源分子公司的产品。                

晨源分子公司目前产品共有包括树枝状聚酰胺胺、超支化聚酯、树枝状塑料润滑剂、树枝状改性胶黏剂在内的三大类十多个品种,第一类是高纯度实验级树枝状大分子,主要用于科研及生物医疗,成功销往清华、北大、复旦等100多所高校和医疗公司;第二类是工业级树枝状聚合物助剂产品,主要应用于塑料、胶黏剂、涂料、水处理等工业领域作高性能添加剂使用,销往包括诸多上市公司在内的200多家企业客户;第三类是树枝状改性的下游产品,包括树枝状改性3D打印材料、可降解材料、胶黏剂等,已与国内多家行业龙头企业形成战略合作。
目前,晨源分子主要专注于以树枝状聚合物为核心组分的各种助剂以及复合材料的研发与应用。

百余家高校科研机构及公司购买晨源分子的PAMAM

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