電化學(xué)儲(chǔ)能電池核心部分由電極、電解質(zhì)、集流體組成，如何將三部分要素有機(jī)整合是提高電池綜合性能的關(guān)鍵。近日，依托我國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所建設(shè)的青島儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院結(jié)合地方公司技術(shù)需求，在儲(chǔ)能電池關(guān)鍵材料的表界面研究中取得一系列重要進(jìn)展，相關(guān)成果分別發(fā)表在NanoEnergy、ElectrochemistryCommunications、AdvancedEnergyMaterials等雜志。

為服務(wù)青島地方公司對(duì)提高儲(chǔ)能電池安全性的需求，儲(chǔ)能院張波博士帶領(lǐng)的研發(fā)小組利用濕法抄紙和聚酰亞胺涂覆相結(jié)合工藝，以無機(jī)玻璃纖維為基質(zhì)，開發(fā)了30微米厚的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合電池隔膜。相有關(guān)商品化的聚丙烯隔膜，該類隔膜不但具備更加理想的電解液潤濕性能、優(yōu)異的界面相容性和界面穩(wěn)定性，同時(shí)其尺寸熱穩(wěn)定性及阻燃性能也有了大幅度的提升。該項(xiàng)技術(shù)有望大幅提高高能密度電池的安全性，相關(guān)研究成果發(fā)表在NanoEnergy(2014,10,277)。

動(dòng)力鋰離子電池能量密度的提高，除與正負(fù)極材料相關(guān)外，對(duì)所采用電解液的要求也越來越高。作為添加劑用二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰(LiTFSI)為代表的鋰離子電池電解質(zhì)鹽，與六氟磷酸鋰相比，具有優(yōu)越的熱穩(wěn)定性、良好的電導(dǎo)性和電化學(xué)穩(wěn)定性。然而，在充放電過程中該電解質(zhì)會(huì)逐漸腐蝕鋁箔集流體表界面造成集流體失效。儲(chǔ)能院韓鵬獻(xiàn)高工帶領(lǐng)的研究小組成功制備出具有高度取向結(jié)構(gòu)的柔性石墨膜集流體材料，在該鋰鹽中，柔性的集流體顯示出優(yōu)異的抗電化學(xué)腐蝕性能。單電池常溫循環(huán)1000次，容量保持率高達(dá)89%;高溫55℃，充放電循環(huán)300次，容量保持率也在80%以上(Electrochem.Commun.，2014,44,70)。

鋰空電池是一種具備超高理論能量密度的新型二次電池。該類電池放電產(chǎn)物L(fēng)i2O2是不溶于有機(jī)電解液的絕緣性固體，如何實(shí)現(xiàn)其可逆的生成/分解是鋰空電氣池首要的科學(xué)問題。為研究放電產(chǎn)物的精細(xì)結(jié)構(gòu)和理解其混合傳輸能力，儲(chǔ)能院董杉木博士與中科院物理研究所谷林教授合作，對(duì)Li2O2放電產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了原子尺度表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，放電出現(xiàn)的Li2O2存在周期性缺陷結(jié)構(gòu)，該種缺陷造就了電極界面出現(xiàn)的過氧化鋰具有一定的導(dǎo)電性。該類微觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為了進(jìn)一步研究鋰空電池Li2O2的可逆生成/分解，及其在電極/電解質(zhì)界面的分布規(guī)律供應(yīng)重要的指導(dǎo)用途(Adv.EnergyMater.,10.1002/aenm.201400664)。

此外，青島市海域遼闊，具有豐富的鈉資源，開發(fā)鈉基儲(chǔ)能電池是儲(chǔ)能院面向地方需求的重要任務(wù)。近日，董杉木博士帶領(lǐng)的研究小組在自支撐的硫化物電極表面原位電沉積包覆了導(dǎo)電高分子保護(hù)層，抑制了無機(jī)材料的體積膨脹，改善了材料的混合傳輸，并提升電極材料的界面穩(wěn)定性，較好地提升了電池的循環(huán)使用性能(ElectrochemistryCommunications(2015),pp.24-27)。

上述研究得到中科院納米先導(dǎo)計(jì)劃和重點(diǎn)部署項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金等資助。

原標(biāo)題:青島能源所在電池關(guān)鍵材料表界面研究中取得系列進(jìn)展