中科院青岛能源所双碳电池瓶颈相关研究取得新进展

原标题：中科院青岛能源研究所双碳电池瓶颈研究取得新进展来源：科技日报

Science and Technology Daily reporter Wang Jiangao   Correspondent   Liu Jia

1月18日，记者从中科院青岛生物能源与过程研究所获悉，该所在解决阴离子选择性渗透聚合物电解质二碳电池瓶颈方面取得新进展。相关结果最近发表在《先进材料》杂志上。该论文的共同第一作者是江红柱、韩晓琪和杜小凡，博士。

基于阴离子（脱）插层石墨正极的双离子电池由于其低成本、高工作电压和高输出功率等优点，有望在下一代大规模储能装置中得到广泛应用。目前，双离子电池使用的电解质主要是碳酸盐电解质。此类溶剂无法逃脱高压的“魔爪”，容易在正极/电解质界面氧化分解，降低电池的库仑效率（<90%) and cycling stability. In addition, there is a bottleneck problem—solvent co-intercalation, that is, during the charging process, due to the hydrogen bond interaction between the anion and the solvent, the solvent will follow the anion to co-intercalate between the graphite layers. This co-intercalation behavior easily leads to the exfoliation of the graphite structure and the oxidative decomposition of the solvent, which seriously affects the battery life and hinders the commercialization of dual-ion batteries.

目前关于提高双离子电池循环性能的报道主要是通过构建物理阻挡层来抑制电解质的氧化分解，而关于阴离子-溶剂共嵌入行为和解决方案的报道较少。

近年来，研究所固态能源系统技术中心在双离子电池高压界面问题、抗氧化电解质研究等科学领域进行了深入研究，初步取得了有影响的研究进展。在钛酸锂包覆石墨的实验中，团队发现物理包覆层可以阻挡溶剂插层。那么，我们能否找到一种简单有效的方法来主动抑制溶剂共嵌入呢？在深入研究阴离子-溶剂配位关系的基础上，提出了通过调节阴离子溶剂化结构来削弱阴离子-溶剂相互作用、促进阴离子去溶剂化的最根本解决方案。

受生物细胞膜选择性渗透功能的启发，该中心首次设计了具有“阴离子选择性渗透”的聚合物电解质。电解液由两种含季铵盐阳离子基团（MTMA-PF6）和环状碳酸酯基单体（CUMA）的单体原位聚合而成，有效抑制溶剂共插层和电解液中石墨的​​氧化分解，保持结构石墨在循环过程中的完整性，从而大大提高了电池的循环稳定性和库仑效率。

光谱表征和理论计算证明，季铵盐阳离子基团可与阴离子形成强静电相互作用，参与阴离子的溶剂化结构，从而削弱阴离子与碳酸盐溶剂的相互作用，并“锚定”在阴离子中。将阴离子嵌入石墨的过程。 “稳定的”溶剂分子促进阴离子的去溶剂化。 V管穿透测试和XPS蚀刻等方法表明，聚合物骨架有效地抑制了溶剂的共嵌入和分解。特别值得强调的是，CUMA单体有助于提高界面相容性，构建固体有机-无机复合界面层，对提高电解质稳定性和电池长循环性能起到协同作用。

得益于聚合物设计策略的合理性，在5.4V和2C的截止电压条件下，电池可循环2000次，容量保持率为87.1%，平均库仑效率高达99%。效率提高了 14%。该研究为双离子电池电解质的开发和阴离子溶剂共插层问题提供了新的解决方案。

（受访者提供的照片）