高效、安全、可靠的動力電池是制約新型近零排放汽車產(chǎn)業(yè)的瓶頸，也是新能源汽車的“短板”之一。當(dāng)前動力電池存在的最大安全隱患是電池?zé)崾Э?，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所青島儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院在開發(fā)高安全性動力電池聚合物電解質(zhì)材料體系解決該安全問題方面取得了階段性進(jìn)展，并正快速推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

現(xiàn)有的鋰離子電池液體電解質(zhì)體系，不能滿足動力電池對高能量、高功率和安全性等多方面的要求。青島儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院研發(fā)團(tuán)隊提出了“剛?cè)岵?jì)”的研發(fā)思路，開發(fā)出一系列新型聚合物電解質(zhì)體系，很好地解決了上述瓶頸問題，同時大幅提升了安全使用性能。“剛?cè)岵?jì)”就是使用“剛”性骨架材料，如聚酰亞胺、芳綸、聚芳砜酰胺、玻璃纖維和纖維素等(Nano Energy, 2014, 10, 277-287; Solid State Ionics, 2013, 245-246, 49-55;232, 44-48; Journal of the Electrochemical Society, 2013, 161, A1032-A1038; Progress in Polymer Science, 2015, 43, 136-164)無紡布材料，改善電池的力學(xué)性能和尺寸熱穩(wěn)定性能;利用“柔”性離子傳輸材料，如聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氰基丙烯酸酯和聚碳酸丙烯酯(PPC)等賦予優(yōu)異的離子傳導(dǎo)性和界面穩(wěn)定性，通過“并濟(jì)”即兩種或多種材料復(fù)合達(dá)到多贏的效果，實現(xiàn)綜合性能的大幅提高，進(jìn)而滿足動力電池的要求。

敬天惜物、取法自然，該研究探究“剛?cè)岵?jì)”的復(fù)合聚合物電解質(zhì)體系，實現(xiàn)剛?cè)岬膶α⒔y(tǒng)一，來實現(xiàn)力學(xué)強(qiáng)度、耐熱性能、電位窗口、界面穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電率等綜合性能的提升。圖1是“剛?cè)岵?jì)”凝膠聚合物電解質(zhì)的設(shè)計理念。

傳統(tǒng)的偏氟乙烯類體系雖然具有高的穩(wěn)定性和較高的電位窗口等優(yōu)點，但離子導(dǎo)電率較低、濕態(tài)下其力學(xué)強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性很差，為改善傳統(tǒng)的偏氟乙烯類的凝膠聚合物電解質(zhì)的性質(zhì)，研究團(tuán)隊采用其與聚酰亞胺和聚砜酰胺等無紡布材料納米尺度復(fù)合，剛?cè)岵?jì)、渾然一體，提升尺寸熱穩(wěn)定性和力學(xué)強(qiáng)度，實現(xiàn)其綜合性能的提升(Journal of the Electrochemical Society, 2013, 160, A769-A774; Macromolecular Materials and Engineering, 2013, 298, 806-813;ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 128-134);針對其鋰離子遷移系數(shù)低的問題，研發(fā)了新型的單離子聚合物硼酸鋰鹽作為表面增強(qiáng)材料(Coordination Chemistry Reviews, 2015, 292, 56-73 ;Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3， 7773-7779)提高其離子遷移數(shù)和相容性，“剛?cè)岵?jì)、相輔相成”提升電池系統(tǒng)綜合性能。