多金属氧酸盐和离子液体增强固态锂离子电解质性能
含有带电锂离子的多金属氧酸盐 (POM) 与离子液体结合，可提高固态电解质膜的离子电导率。
固态锂离子电池依靠固态(而不是液态)中离子(带电原子)的运动来对电池进行充电或放电。与依赖液体电解质溶液的电池相比，这些固态电解质更安全、更具成本效益并且能够具有更高的能量密度，但离子电导率或离子运动较低，并且热稳定性较差。使用锂盐和离子液体合成了一种新型复合固体电解质(CSE)膜，以改善固态电解质电池中带电锂原子的离解，从而提高电导率。
多金属氧酸盐 (POM) 是金属和氧原子的簇，其特性由 POM 原子簇的明确结构决定。东北师范大学的研究人员最近将一种基于POM的锂盐Li 6 P 2 Mo 18 O 62 (LPM)引入到由聚合物聚环氧乙烷(PEO)组成的固体聚合物电解质(SPE)中，这是一种廉价且稳定的链许多环氧乙烷亚基。PEO 的离子电导率较低，LPM 盐的添加会改变聚合物的性能并增强离子运动。研究团队还加入了离子液体(IL)来从LPM中释放锂离子，进一步提高了复合电解质材料的电导率。
该团队于 2023 年 9 月 28 日在《Polyoxometalates》 杂志上发表了他们的研究结果。
“固态电解质(SSE)由于其优异的热稳定性和电化学稳定性而被认为是下一代储能设备最有前途的候选者。尽管SPE具有优异的柔韧性和粘度，但由于离子电导率低、机械强度差和室温下热稳定性差，其应用受到严重限制。相比之下，LPM等无机固体电解质(ISE)通常具有高离子电导率。通过将 LPM 等 ISE 融入 SPE 中形成复合聚合物电解质，我们利用它们各自的特性……实现优化的机械性能并提高其离子电导率。”该论文的资深作者、多金属氧酸盐重点实验室教授臧红英说道。和网状材料化学，位于中国长春的东北师范大学。
“目前，无机电解质填料包括纳米粒子......和离子导电无机物。作为一类金属氧簇，多金属氧酸盐在固态电池中的应用因锂离子移动困难而受到阻碍。在本文中，我们利用 IL 促进多金属氧酸盐中锂离子的解离……从而赋予 LPM 和 IL 复合材料 (LPM-IL) 良好的导电性，”Zang 说。
该团队通过测量交流阻抗或电路中电流的电阻来表征复合膜的离子电导率和迁移率。研究小组发现，含有最佳浓度的 LPM 和 IL 的电解质膜的电导率是不含 IL 制备的膜的三倍。
以类似的方式，该团队确定，与不使用 PVDF 合成的 LPM-IL 膜相比，使用非反应性热塑性填充材料聚偏二氟乙烯 (PVDF) 与 PEO 结合生成的复合膜的电导率提高了十倍。该复合膜在80℃的温度下12小时内也表现出良好的稳定性。
“这些实验的结果表明多金属氧酸盐可以用作无机固体电解质，”臧说。IL有效地增加了锂离子从LPM中的解离，提高了复合固体电解质膜的离子电导率。PVDF 的加入还在膜中形成了 PEO-PVDF 导电网络，进一步促进了锂离子的运动，从而增强了导电性。
研究小组认为，他们独特的基于 PEO 的复合膜含有 PVDF、基于 POM 的锂盐和 IL，为提高锂离子电池中固态电解质的离子电导率提供了一种实用方法。“我们的下一步是提高多金属氧酸盐的性能，以制造更好的固态锂离子电池，”臧说。
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