双层PET/PVDF基板增强固体聚合物电解质提高固态锂金属电池性能
有效的储能对于社会向可再生能源的过渡至关重要。与目前的锂离子电池 (LIB) 相比，锂金属电池 (LMB) 有可能在一次充电中将储存的能量增加一倍，但目前 LMB 技术中的锂枝晶生长和电解质消耗正在阻碍电池性能。固体聚合物电解质 (SPE) 的基板为当前 LMB 的局限性提供了一种潜在的解决方案，但 SPE 在集成到全固态 LMB (ASSLMB) 系统之前需要进行自身优化。
来自信州大学、京都大学和成均馆大学的领先科学家团队最近报道了使用机械压制方法开发的双层非织造聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 微纤维/聚偏二氟乙烯 (PVDF) 纳米纤维膜，可作为锂离子电池的隔膜系统，以防止电极之间的短路。隔膜表现出改进的润湿性，或含锂离子电解液与电极接触的能力，以及电池系统的热稳定性。重要的是，这种双层膜还可用于 LMB 系统的 SPE，以防止有害的锂枝晶生长和结构失效。在他们目前的研究中，研究小组生成了一个类似的双层，非织造 PET/PVDF (nPPV) 基材采用静电纺丝方法，可防止两层之间形成空隙和褶皱，从而降低 PVDF 层的使用寿命。该研究表征了 nPPV 增强固体聚合物电解质 (nPPV-SPE) 的机械、热和电化学性能，测试证实该基板显着提高了 ASSLMB 系统的性能。
该团队于2 月 28 日在Journal of Power Sources 在线发表了他们的研究结果。
“考虑到 SPE 的低机械性能和热性能导致循环性能不佳(充电-放电循环)，该项目的重点是制造由双层基板增强的 SPE，该双层基板由一层 PET 无纺布和一层 PVDF 纳米纤维组成，以提高结构稳定性，从而提高 SPE 的循环性能，”该研究的通讯作者、信州大学纤维工程研究所 (IFES) 纳米聚变技术研究组教授 Ick Soo Kim 说。重要的是，由聚合物基质和锂盐组成的 SPE 表现出与 LMB 电极相容的柔韧性和可加工性等特性。静电纺丝方法还消除了 PET 和 PVDF 层之间压制方法产生的折叠和空隙，提供了一种简单、
“LEMON CO., Ltd. 使用工业规模的静电纺丝设备生产的纳米纤维可确保孔径小而均匀，孔隙率高，从而在不影响离子扩散的情况下容纳聚合物材料和锂盐，并提高电化学氧化稳定性，”Kim 说。在这项研究中，PVDF 纳米纤维直接静电纺丝到超细纤维 PET 层上，以生产更坚固的双层材料。改进的结构稳定性使 SPE 能够承受在长期充电和再充电循环期间系统中发生的化学反应。“双层基板显着提高了固体聚合物电解质的机械和热性能，使电池能够运行超过 2000 小时，”Kim 说。此外，该材料的高抗拉强度抑制了锂枝晶的生长，
尽管 SPE 技术取得了进步，但研究团队承认，需要做更多的工作才能实现固态电解质 (SSE) 等 SPE 的潜力。“SPEs改进的结构稳定性确保了锂电池的长寿命和安全使用，但SPEs的倍率性能和锂迁移率仍然不如锂离子电池中的液体电解质。下一步是提高离子电导率，以满足快速充放电的要求，”Kim 说。研究人员预测，将研究更多的底物，以进一步增强 SPE 的电化学性能并推进 ASSLMB 系统技术。
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