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王玉忠院士團(tuán)隊(duì)Nature子刊:不易燃無溶劑LPE助力LMBs!
來源: 時(shí)間:2023-08-28 10:44:49 瀏覽:1831次


 第一作者:Guo-Rui Zhu

通訊作者:王玉忠院士、吳剛教授

通訊單位:四川大學(xué)

DOI: 10.1038/s41467-023-40394-8


01

研究背景

固態(tài)聚合物電解質(zhì)作為高易燃、揮發(fā)性有機(jī)液體電解質(zhì)的替代品,在高能鋰金屬電池(LMBs)中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,較差的界面性能和離子電導(dǎo)率是兩個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。一種常見的策略是引入有機(jī)溶劑或增塑劑,但不利于提高安全性?;诖?,四川大學(xué)王玉忠院士和吳剛教授等人報(bào)道了基于室溫液態(tài)刷狀聚合物作為唯一溶劑,提出了一種安全、高性能電池的無小分子溶劑的液態(tài)聚合物電解質(zhì)(liquid polymer electrolytes, LPEs)概念。這種液態(tài)聚合物電解質(zhì)不易燃,具有高離子電導(dǎo)率,顯著的鋰枝晶抑制性能,并在廣泛的工作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定長(zhǎng)期循環(huán)。這種電解液和設(shè)計(jì)策略有望為安全、高性能的聚合物電解液的開發(fā)提供啟發(fā)性的思路。


02

文章要點(diǎn)

1、作者開發(fā)了一種用于LMBs的不易燃無溶劑LPEs,具有高離子電導(dǎo)率(25 °C時(shí)為1.09×10?4 S cm?1)、和在寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的長(zhǎng)期循環(huán)(60 °C和90 °C時(shí)≥1000次循環(huán))。由于室溫下液態(tài)刷狀聚磷腈主干和低聚環(huán)氧乙烷側(cè)鏈組成的聚合物,LPEs同時(shí)解決包含LEs或SPEs的LMBs面臨的挑戰(zhàn),如正極電解質(zhì)氧化、鋰枝晶形成、耐熱性差、界面不穩(wěn)定性、安全性差、制備困難等。

2、本文研發(fā)的電解質(zhì)在較寬的溫度范圍(60-120 °C)內(nèi)提供高性能,使鋰沉積/溶解超過2200 h,以及LFP//Li和NCM811//Li的穩(wěn)定循環(huán),具有高庫侖效率和容量保留率。更重要的是,基于LPE的LMBs具有抑制熱失控和抵抗機(jī)械磨損的性能。


03

圖文展示

 

圖1. LPEs的特性

 

圖2. PPZ聚合物的表征

 

圖3.LPEs的化學(xué)和電化學(xué)性能

 

圖4. LPE基電池的制備和性能

 

圖5. LPE基LMBs的電極-電解質(zhì)界面分析

 

圖6. LPE基LMBs的綜合安全測(cè)試

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