面向高电压固态锂电池的明胶聚氧化乙烯复合电解质的制备与性能

《面向高电压固态锂电池的明胶聚氧化乙烯复合电解质的制备与性能》是一篇研究新型固态电解质材料的学术论文，旨在探索适用于高电压固态锂电池的高性能电解质体系。随着新能源汽车和储能系统的发展，锂离子电池的安全性和能量密度成为关注的焦点，而传统液态电解质存在泄漏、易燃等安全隐患，因此开发安全、稳定的固态电解质成为当前的研究热点。

该论文聚焦于明胶与聚氧化乙烯（PEO）的复合电解质体系，通过将天然高分子材料明胶与合成高分子材料PEO相结合，设计出一种新型的复合固态电解质。明胶具有良好的生物相容性、可降解性和成膜性，而PEO则以其优异的离子导电性和化学稳定性著称。两者的结合不仅能够发挥各自的优势，还能弥补单一材料的不足，从而提升电解质的整体性能。

在实验过程中，研究人员采用溶液浇铸法合成了明胶-PEO复合电解质，并通过添加适量的锂盐（如LiTFSI）来提高其离子导电性。同时，为了进一步优化材料的性能，还引入了纳米填料或交联剂等添加剂，以增强复合电解质的机械强度和热稳定性。通过调控各组分的比例和工艺条件，最终获得了具有优良综合性能的复合电解质材料。

论文中对所制备的复合电解质进行了系统的性能测试，包括离子电导率、电化学窗口、热稳定性、机械强度以及与正负极材料的界面相容性等。测试结果表明，该复合电解质在室温下的离子电导率可达10⁻³ S/cm以上，能够满足高功率锂电池的需求。同时，其电化学窗口超过4.5 V，具备良好的高电压稳定性，适合用于高能量密度的固态锂电池。

此外，研究还发现，明胶的加入显著提升了复合电解质的柔韧性和延展性，使其在电池组装过程中更易于加工和应用。同时，由于明胶的亲水性，可以有效抑制锂枝晶的生长，从而提高电池的安全性和循环寿命。这些特性使得该复合电解质在未来的固态锂电池中具有广阔的应用前景。

论文还探讨了不同配比下复合电解质的结构与性能之间的关系。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等表征手段，分析了材料的微观结构和结晶度变化。结果表明，明胶的引入改变了PEO的结晶行为，促进了非晶区的形成，从而提高了离子传输效率。同时，复合电解质的热稳定性也得到了明显改善，能够在较高温度下保持良好的结构完整性。

在实际应用方面，该论文还评估了复合电解质在全电池中的表现。通过组装LiFePO₄/复合电解质/Li金属电池，测试了其倍率性能和循环稳定性。实验结果显示，在2C倍率下，电池仍能保持较高的放电容量，且经过100次循环后容量保持率超过85%，显示出良好的循环性能。

综上所述，《面向高电压固态锂电池的明胶聚氧化乙烯复合电解质的制备与性能》这篇论文为高电压固态锂电池提供了新的电解质解决方案，展示了明胶-PEO复合电解质在离子导电性、热稳定性、机械强度和界面相容性方面的优越性能。该研究成果不仅推动了固态电解质材料的发展，也为下一代高安全性、高能量密度锂电池的商业化应用奠定了基础。