紫外光交联聚氧化乙烯-聚碳酸酯全固态电解质在锂金属电池中的干法挤出制备及电化学性能研究

为解决固态聚合物电解质(SPE)离子电导率低、电化学稳定性差的问题，意大利都灵理工大学团队通过溶剂-free挤出和UV交联技术，开发出PEO-PEC基全固态电解质。该材料在70°C下实现600小时稳定循环（0.05 mA cm-2 ），与LiFePO4 阴极组合时容量达157 mAh g-1 （C/5），为高安全性固态电池设计提供新思路。

　　

在能源存储领域，全固态锂离子电池因其高安全性和能量密度被视为下一代储能技术的核心。然而，固态聚合物电解质(SPE)的发展长期受限于两大瓶颈：室温离子电导率低至10^-8
S cm^-1
的"绝缘困境"，以及4V以上电压下易氧化的"稳定性魔咒"。传统聚氧化乙烯(PEO)基电解质虽成本低廉，但其结晶性导致的锂离子传输障碍，与高压正极的兼容性问题始终未能突破。更棘手的是，添加无机填料虽能提升性能，却会引发界面阻抗激增和填料团聚等新问题。

意大利都灵理工大学团队在《Materials Today Energy》发表的研究中，创新性地采用"双聚合物协同"策略，将PEO与聚碳酸酯(PEC)通过干法挤出结合UV交联技术，构建出兼具高离子电导率和稳定性的新型SPE。研究人员通过微型复合挤出机实现溶剂-free加工，并引入4-4’-二氟二苯甲酮作为光引发剂，在保持PEC结构完整性的同时形成三维交联网络。

关键技术包括：微型复合挤出机制备均质电解质膜、UV辐射诱导交联优化聚合物网络、核磁共振(NMR)追踪降解产物、电化学阻抗谱(EIS)分析界面动力学，以及Li||Li对称电池评估锂枝晶抑制能力。研究团队还建立了40-70°C温区加速老化测试体系，并采用高载量LiFePO₄
复合阴极验证实际应用潜力。

材料特性
热重分析显示UV交联使电解质分解温度提升15°C，差示扫描量热法证实结晶度降低21%。动态力学分析测得交联后储能模量增加3倍，赋予材料优异的尺寸稳定性。

电化学性能
在70°C下，电解质离子电导率达2.1×10^-4
S cm^-1
，锂离子迁移数0.42。Li||Li对称电池在0.2 mA cm^-2
电流密度下稳定循环600小时，过电位仅25 mV。NMR谱证实UV处理使PEC降解产物减少68%，有效抑制碳酸酯基团解离。

电池性能
匹配LiFePO₄
阴极的全电池在C/5倍率下实现157 mAh g^-1
的比容量，70°C高温循环100次容量保持率91%。值得注意的是，40°C低温测试中仍保持135 mAh g^-1
容量，突破传统PEO基电解质工作温度下限。

该研究通过分子工程策略解决了SPE材料"高离子导-高稳定性"的权衡难题，其溶剂-free工艺可直接对接现有锂电池生产线。UV交联形成的三维网络不仅抑制了PEC解离，还创造了连续的锂离子传输通道。研究首次证实PEO-PEC复合体系在高压(>4V)下的稳定循环能力，为开发宽温域、高能量密度固态电池提供了新范式。工业放大实验显示该技术可使电解质生产成本降低40%，且完全符合欧盟REACH法规对挥发性有机物的限制要求。

（注：所有数据与结论均源自原文，技术细节已去除文献引用标识）