近日，华能清能院锂离子电池研究团队在《Nano Research》上发表了“高性能锂离子电池用PVDF-HFP-SN基凝胶聚合物电解质”相关研究成果。凝胶聚合物电解质（GPE）是由聚合物基体吸收液态电解质而形成的凝胶态电解质，可有效减少因漏液引发的电极腐蚀、氧化燃烧等锂离子电池安全问题。聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）具有较好的力学性能、热稳定性和高介电常数，是理想的GPE聚合物基体之一。但PVDF-HFP的结晶度高，导致PVDF-HFP基GPE的室温离子电导率较低，且长周期循环稳定性较差，影响了其进一步的发展与应用。此外，采用传统的热诱导相分离法制备的PVDF-HFP基体的吸液率通常较低。因此，需要进一步探索便于产业化应用的高性能PVDF-HFP基GPE的制备路线。

在清能院青年发展基金的支持下，清能院新能源材料技术部与储能技术部联合研发团队从PVDF-HFP的结构设计出发，采用浸渍沉淀技术并引入强极性塑性晶体丁二腈（SN）实现了多孔PVDF-HFP-SN基凝胶聚合物电解质（PSGPE）的制备。电化学测试结果表明，该PSGPE表现出高室温离子电导率（> 1mS cm-1）。一方面，在材料制备过程中，引入的SN增大了溶剂与非溶剂的交换速率，提升孔结构的形成速率，改善了孔间的连通性，进而确保基体中有足够的空间来容纳液态电解质。另一方面，SN的强极性以及弱的分子间相互作用力有利于锂离子在孔壁处实现低能垒迁移。对比实验表明，基体中因SN的添加生成了大量β相PVDF-HFP，可促进循环过程中锂离子的均匀分布，进而抑制锂枝晶的生成；同时，采用PSGPE的电池循环后负极表面生成了“富氟化锂（LiF）”的固态电解质界面膜，可有效防止电池短路的发生。由PSGPE组成的磷酸铁锂全电池在0.5 C的电流密度下循环350圈后容量可保持在119.2 mAh g-1，容量保持率达93.1%。本研究开发的PVDF-HFP-SN基GPE具有性能优异且制备工艺简单、环保的优势。

华能清能院下一步将重点布局高安全、低成本、长寿命半固态电池的研发，在保证高安全和长寿命的前提下，进一步采用低成本的电解质材料，加快半固态电池的产业化应用。

图(a)PVDF-HFP-SN聚合物基体（PSPEM）的制备示意图。(b) PPEM，(c) PSPEM-1，(d) PSPEM-2，(e) PSPEM-3截面的扫描电镜（SEM）图像。(f) PSPEM浸泡液态电解质前后的照片。(g) PPEM、PSPEM-1、PSPEM-2和PSPEM-3的吸液率，(h) X射线衍射（XRD）图谱，以及(i) 应力-应变曲线

图 (a) PGPE、PSGPE-1、PSGPE-2和PSGPE-3的线性扫描伏安（LSV）曲线。(b) PSGPE-2在10 mV时的极化曲线 (嵌入图:初始和稳态时的交流阻抗)。(c) PGPE、PSGPE-1、PSGPE-2和PSGPE-3离子电导率的阿伦尼乌斯（Arrhenius）图，(d) 倍率性能，以及(e) 0.5 C下全电池长循环性能。石墨负极SEI膜的X射线光电子能谱（XPS表征），包括PGPE的 (f) C 1s谱和 (g) F 1s谱，以及PSGPE的 (h) C 1s谱和 (i) F 1s谱

论文第一作者：新能源材料技术部黄茹玲博士

通讯作者：储能技术部徐若晨博士、新能源材料技术部王晓龙博士