盖世汽车讯 据外媒报道，韩国化学研究院（KRICT）的Dong Wook Kim博士及其团队，与延世大学（Yonsei University）Seong-Ju Hwang教授团队及成均馆大学（Sungkyunkwan University）Ho Seok Park教授团队合作，开发出一种将“弹性离子导电聚合物”引入硫化物全固态电池的技术。该技术旨在减少充放电循环过程中产生的开裂及界面退化问题，从而提升电池的耐久性。该研究成果已发表在期刊《储能材料》（Energy Storage Materials）上。

图片来源：期刊《储能材料》

随着全球电动汽车普及步伐的加快，全固态电池作为下一代储能系统正备受瞩目。与使用易燃液态电解质的传统锂离子电池不同，全固态电池采用固态电解质，因而具备卓越的安全性。

在各类固态电解质材料中，硫化物电解质尤受全球电池制造商青睐，因为它们展现出类似液体的离子导电性，从而能够实现快速充电与高功率运行。

裂纹限制了电池寿命

然而，硫化物全固态电池面临着一项严峻挑战。由于刚性的固体电解质与电极直接接触，反复的充放电循环会导致电极材料发生体积变化，进而引发内部应力积聚并产生裂纹。这些裂纹会阻断离子和电子的传输路径，导致电池容量迅速衰减，缩短使用寿命。

为了保持电极与电解质之间的稳定接触，通常需要施加较高的外部堆叠压力，但这会增加电池重量及制造成本。

此前，研究人员曾尝试通过在电极与硫化物电解质之间引入缓冲层（如丁腈橡胶 [NBR] 粘结剂或聚环氧乙烷 [PEO]）来解决这一问题。然而，这些方法往往伴随着离子电导率降低或产生不良副反应等问题，从而限制了其在实际应用中的推广。

离子传输的弹性通道

为了克服这些局限性，研究团队开发了一种复合电解质，将一种具有弹性的离子导电聚合物浸渗到硫化物电解质中。研究人员将液态前驱体引入多孔电解质结构，随后使其固化形成交联网络，从而填充电解质颗粒间的空隙。

这种弹性聚合物发挥着两项关键作用。首先，它如同建筑中的抗震阻尼器，能够吸收电极在充放电循环过程中因膨胀和收缩而产生的应力，并增强电极与电解质之间的粘附力，从而抑制裂纹的产生。其次，它能填充电解质内部的空隙并提供额外的锂离子传输通道，有助于维持有效的锂离子导电性能。

低压下更持久的循环性能

实验结果表明，在模拟充放电循环行为的反复锂沉积-剥离测试中，采用该弹性聚合物的电池能够稳定运行超过2500小时。相比之下，传统硫化物电解质会出现渐进式的界面退化，而这种复合电解质在整个循环过程中始终保持着稳定的界面。

该技术还提升了电池在高倍率充放电条件下的性能。经过200次充放电循环后，未采用该弹性聚合物的电池仅保留了初始容量的22%，而采用该弹性聚合物的电池则保持了75%的容量——这一数值是前者的三倍以上。这表明电池在长期运行过程中的性能衰减显著降低。

重要的是，研究人员证实该技术还能降低对外部电堆压力的依赖。传统的硫化物基全固态电池需要较高的工作压力，以维持电极与电解质之间的界面接触。

相比之下，采用这种弹性离子导电聚合物的电池即使在较低压力条件下，也能保持相对稳定的性能。这一发现对于商业化应用具有重要意义，因为它有助于简化电池结构并降低制造成本。

研究团队计划在大尺寸电池单体及电动汽车实际运行环境中，对该技术进行进一步验证。来自KRICT的Kim表示：“这项技术解决了硫化物基全固态电池面临的最关键挑战之一——即机械稳定性问题。”

KRICT院长Seokmin Shin补充道：“我们期望这项技术能助力开发出适用于电动汽车和储能系统的高安全性下一代电池。”