中国粉体网讯 在固态电解质的分类中，有机聚合物电解质材料具有较高的柔性，能够降低固态电池内部阻抗，但是由于自身强度较低，在循环过程中，锂枝晶容易穿刺导致电池内部短路。无机聚合物电解质材料具有较高的强度，但是由于界面阻抗较大，导致电池循环末期衰降较快。将有机无机复合是一种结合两者优势的方法，能够实现较低的界面阻抗和较高的离子迁移速率。有机无机复合体系的研究最早是由意大利CROCE发现。他通过将无机颗粒掺杂入PEO体系中，实现了离子电导率大幅度的提升，对比纯聚合物电解质PEO体系，添加部分纳米颗粒到PEO聚合物电解质中后，聚合物电解质的电导率能够从10-8S/cm提升至10-5S/cm，这一研究为有机无机复合聚合物电解质的开发奠定了基础。
在CROCE的研究工作之后，众多研究者将不同的无机材料，包括SiO2、TiO2、Al2O3等加入到聚合物电解质材料中，均实现了较好的改性效果。在无机离子添加过程中，通常加入的都是圆形的无机纳米颗粒，这种无机离子的加入在众多的研究中均被证实能够提升复合电解质材料的离子电导率，从而提升固态电池的整体性能。尽管目前对于无机离子的加入导致复合聚合物电解质材料锂离子扩散加快的机制还有一定的争议，但是对于加入无机离子获取高的离子电导率的方法，众多研究人员已经达成共识。
在加入纳米颗粒用以提升聚合物电解质材料离子电导率研究过程中，研究人员不断开发出新的改性方法。有研究者在添加传统无机纳米颗粒的基础上，通过无机颗粒表面改性，将无机颗粒与PEO主链交联，实现了复合网状交联聚合物电解质材料，该材料在60℃下达到了10-3S/cm的高离子电导率。
复合交联网状电解质材料示意图
在传统球型无机离子添加剂基础上，有研究者发现，与传统的圆形纳米颗粒相比较，添加纳米线材料具有更好的改性优势。当使用纳米线掺杂的时候，锂离子能够具有更好的迁移通道，可以通过纳米线与聚合物电解质材料界面进行快速迁移。在相同的掺杂比例下，纳米线掺杂能够实现在30℃下达到6.05×10-5S/cm的高离子电导率。
有机无机复合聚合物电解质材料是复合固态电解质研究的热点之一。除此类材料外，在复合固态电解质材料中，准固态电解质也受到研究者们的关注。以无机电解质为基体，与电解液复合的固态电解质可称为准固态电解质。准固态电解质本质上是无机固态电解质和商业电解液的复合，即通过无机氧化物的特殊形貌，吸附多的电解液制备而成。对于此类电解质材料而言，构建合适的电解质骨架以组装先进的准固态电解质是其关键。业界通过控制制备条件、设计特殊微结构、用有机溶剂调整固态电解质骨架间的界面等方法设计了准固态电解质骨架。近年来，多孔材料由于其特有的高孔隙率和较大的比表面积等优点，包括多孔膜、二氧化硅、COF、ZIF-8和MOF在内的多孔材料已被用作制备准固态电池的结构框架，多孔结构的固态电解质更有利于吸附电解液，提高离子电导率。
针对固态电池相关的技术、材料、市场及产业等方面的问题，中国粉体网将在常州举办第四届高比能固态电池关键材料技术大会。为致力于固态电池技术开发的企业，科研院校，以及电动车、储能、特种应用等终端企业提供信息交流的平台，开展产、学、研合作，共同推动行业发展。届时，浙江大学吴浩斌研究员将作题为《纳米限域复合固态电解质》的报告。报告将重点介绍他们团队基于金属-有机框架等新型功能多孔材料，设计制备一系列纳米孔限域电解液的固液复合和准固态电解质材料，利用孔道结构的功能位点和空间效应调控电解液的离子输运、局部结构和反应活性等物理化学性质，在维持室温高离子电导率的同时提升锂离子迁移数，并成功用于构建高能量密度锂金属电池。
专家简介：
吴浩斌，浙江大学“百人计划”研究员，材料科学与工程学院专聘副院长，博士生导师。2010年本科毕业于复旦大学化学系，2015年4月于新加坡南洋理工大学获得博士学位，随后赴美国加州大学洛杉矶分校从事博士后研究。2017年7月加入浙江大学材料科学与工程学院。获高层次人才引进计划青年项目、浙江省杰出青年基金资助。主要从事微纳米结构及新型功能材料的设计、合成及其在电化学储能、催化等能源、环境领域的应用研究工作，重点研究高比能二次电池和含能小分子电催化转化。近年在Nat. Energy,Science Adv.,Nat.Commun.,Matter, Chem,Adv. Mater.,J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Int. Ed.,Energy Environ. Sci.等国际学术期刊上发表论文超过130篇，被引用超过30000次，H-index为82。多次入选科睿唯安全球高被引科学家。国际知名材料化学类期刊Matter和Materials Today Sustainability编委，Chem青年编委。
参考来源：
赵彬涛.锂金属电池固态电解质材料研究进展
郜蒙蒙.多孔无机结构支撑的准固态电解质的构筑与性能研究
（中国粉体网编辑整理/文正）
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