中國大學生動力電池創新競賽——猛虎出山研究主題概述

中國大學生社會實踐知行促進計劃

第三屆中國大學生動力電池創新競賽

概述

學校名稱：北京工業大學

團隊名稱：猛虎出山小隊

本項目研究主題為：基於高離子電導率的聚合物電解質和高容量正極材料構建高比能和寬溫度範圍的固態鋰電池。

基於固態電解質的固態鋰電池，相比於液體電解質基的鋰電池具有諸多突出優點，包括高能量密度和高安全性，以及電池柔性化的使用前景。但是固態鋰電池的發展，仍然受到多種因素的制約，像固態電解質的室溫離子電導率低，電化學穩定窗口窄，以及與電極材料之間存在較大的界面接觸電阻等。

研究目標：基於團隊指導老師所在實驗室的前期研究基礎，我們擬通過多種方法提高聚合物電解質的電化學穩定窗口，實現聚合物電解質與高容量正極材料的穩定界面接觸，從而構建固態鋰電池，實現高比能量和寬溫度範圍的固態鋰電池的正常穩定運行。

創新點: （1）開發出具有高離子電導率和寬電化學穩定窗口的聚合物電解質；（2） 實現與高容量正極材料的界面匹配；（3）組裝的固態鋰電池可以在寬溫度範圍內正常工作，特別是在-15oC和55oC範圍內。

技術關鍵點：（1）從結構設計角度出發開發出高離子電導率和寬電化學穩定窗口的聚合物電解質；（2）通過界面修飾實現聚合物電解質與高容量正極材料的界面匹配；（3）構建聚合物基固態鋰電池（紐扣和軟包電池），實現固態電池在寬溫度範圍內的正常運行。

技術指標：（1）聚合物電解質的室溫離子電導率達10-3 S/cm, 低溫離子電導率達到10-4 S/cm，電壓穩定窗口達到4.70 V；（2）聚合物電解質基固態電池的正極材料放電比容量不低於220 mAh/g，基於正極材料的能量密度在500 Wh/kg以上；（3）組裝的聚合物電解質基固態軟包電池在寬溫度範圍內正常工作。

實踐方式：（1）結合理論模擬和實驗設計，提高聚合物電解質的電化學穩定窗口；（2）構築聚合物電解質與高容量正極材料的穩定界面接觸；（3）組裝紐扣電池和固態軟包電池。

本項目意義：（1）了解和參與科學研究，加深對新能源和新材料的認識，鍛鍊自身能力；（2）基於聚合物電解質構築高比能固態鋰電池，實現在寬溫度範圍內穩定工作；（3）開發的聚合物基固態鋰電池在柔性高比能儲能器件、以及電動汽車等領域均具有廣泛應用前景。