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            湖南省長沙市中南大學資源循環研究院

          基于聚合物結構設計和陰離子衍生界面層提升鋰

          來源:  發布時間:2024年03月16日 作者:

          鋰金屬電池由于潛在的高能量密度被認為是下一代最有前途的儲能電池之一,然而傳統有機液態電解液的揮發性、可燃性以及不均勻鋰沉積導致的鋰枝晶生長引起的安全隱患限制了其進一步發展。為了提高電池的安全性,固態電解質成為了當前的研究熱點。其中,聚離子液體基固態電解質因其不可燃性、良好的機械性能、優異的化學/電化學穩定性而受到廣泛關注。但是,室溫離子電導率較低的缺點限制了其在全固態鋰電池中的進一步應用。

          為了解決上述問題,某團隊通過對單體結構的設計,成功制備了一種高離子電導的聚離子液體基凝膠電解質。

           

           

          他們首先設計并成功合成出了一種極性電荷遠離主鏈的聚離子液體單體GIMTFSI,然后將其與雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰(LiTFSI)和N-甲氧基乙基-N-甲基吡咯烷雙三氟甲磺酰亞胺鹽(MEMPTFSI)離子液體增塑劑復合得到聚離子液體基凝膠態電解質(GM-GPE)。GM-GPE中豐富的極性電荷可以有效地促進鋰鹽離子對解離,特別是陽離子型骨架還能通過庫倫作用將陰離子錨定在聚合物鏈段上,進而提高體相中的鋰離子遷移數。GIMTFSI的長支鏈結構以及增塑劑的引入使得GM-GPE的離子導電率在30℃下高達4.3×10?4S·cm-1,此外GM-GPE還展現了良好的電化學穩定性、優異的熱穩定性和阻燃性。

           

           

          當GM-GPE應用到鋰金屬電池中,研究發現其能夠促進TFSI-陰離子衍生的SEI膜形成,進而抑制鋰枝晶的生長。而MEMP+可以在電場的作用下遷移到鋰金屬負極表面并產生陽離子靜電屏蔽效應,進一步促進了Li+的均勻沉積。

           

           

          得益于上述優勢的協調作用,LiFePO4|GM-GPE|Li電池在0.2C下表現出150 mAh·g-1的高放電容量,在30℃下經過144次循環后,容量保持率達到87.6%。本研究為設計合成具有高離子電導、高穩定和高安全性的優良聚離子液體基凝膠態電解質并應用于高效安全的鋰金屬電池提供了新的思路。

           

           

           

           

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