盖世汽车讯 与目前的锂离子电池相比，锂金属电池有望实现两倍的单次充电储能量。然而，在目前的锂金属电池技术中，锂枝晶生长和电解质消耗使电池性能受到影响。采用固态聚合物电解质（SPE）基质，有望解决这些问题。但在将SPE整合至全固态锂金属电池（ASSLMB）系统前，需要对其进行优化。

（图片来源：sciencedirect）

据外媒报道，信州大学（Shinshu University）、东京大学（Kyoto University）和成均馆大学（Sungkyunkwan University）的研究人员利用机械压制法，开发了一种双层无纺布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，以用作锂离子电池中的隔膜，防止电极之间发生短路。

该隔膜表现出改良的润湿性（wettability），即含锂离子的电解液与电极接触的能力，并改善了电池系统的热稳定性。重要的是，这种双层膜也可用于LMB系统的SPE中，以防止枝晶生长和结构退化。

在目前的研究中，该团队利用静电纺丝法制备类似的双层无纺布PET/PVDF（nPPV）基质，以防止两层之间形成褶皱和空隙，从而缩短PVDF层的寿命。该研究对nPPV增强固态聚合物电解质（nPPV-SPE）的力学、热学和电化学性能进行了表征。测试证实，该基质大幅改善了ASSLMB系统的性能。

研究人员Ick Soo Kim表示：“由于机械和热性能不佳，SPE的循环性能（充放电循环）较差。该项目专注于通过由一层PET无纺布和一层PVDF纳米纤维组成的双层基质来增强SPE，以提高SPE的结构稳定性，从而提高SPE的循环性能。”

重要的是，由聚合物基质和锂盐组成的SPE表现出与LMB电极兼容的特性，如柔韧性和加工性。该静电纺丝法还消除了在PET和PVDF层之间因压制方法而产生的褶皱和空隙，提供了一种简易、适应性强的纳米纤维膜制造方法。Kim表示：“LEMON公司利用工业规模静电纺丝设备来生产纳米纤维，从而确保小而均匀的孔径和高孔隙率。这样可以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。”

在这项研究中，PVDF纳米纤维被直接电纺到微纤维PET层上，以产生更坚固的双层材料。在较长时间的充电和再充电周期中，由于结构稳定性提高，SPE能够承受系统中发生的化学反应。Kim表示：“受益于双层基质，固态聚合物电解质的机械和热学性能大幅提高，使电池的运行时间超过2000小时。”此外，这种材料具有高抗拉强度，可以抑制锂枝晶生长，这是LMB系统面临的重大挑战之一。

该团队表示，尽管SPE技术有所提升，但要充分发挥类似SPE固态电解质的潜力，还需要做更多的工作。Kim表示：“SPE的结构稳定性提高，有益于延长锂电池的寿命和安全使用。然而，SPE的速率性能和锂迁移率，仍然比不上锂离子电池中的液体电解质。下一步，研究人员需要提高离子电导率，以满足快速充放电的要求。”研究人员可能进一步研究其他基质，以继续提高SPE的电化学性能，并推进ASSLMB系统技术。