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蘇州大學(xué)孫旭輝/張浩《AFM》:基于多孔聚合物宿主的高性能塑料晶體電解質(zhì)
  發(fā)布日期:2023-02-08

丁二腈(SN)基塑料晶體電解質(zhì)(PCEs)因其出色的電化學(xué)性能而在固態(tài)鋰金屬電池(LMB)中顯示出巨大的前景。然而,受限于SN的低機(jī)械強(qiáng)度,SN基PCEs難以作為獨(dú)立的自支撐電解質(zhì)薄膜,這嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。

近日,蘇州大學(xué)孫旭輝教授、張浩博士和常熟理工學(xué)院彭明發(fā)副教授合作通過(guò)一種簡(jiǎn)便的相分離方法,提出了一種SN調(diào)控的聚(偏氟乙烯-共六氟丙烯)(PVDF-HFP)多孔宿主,作為解決這一問(wèn)題的有希望的策略,這使得高性能的雙鹽SN基PCE(命名為DPCE)成為可能。所制備的宿主同時(shí)提供了均勻的多孔網(wǎng)絡(luò)和強(qiáng)大的機(jī)械支撐,這便于均勻地容納DPCE,并增加了DPCE的強(qiáng)度以限制枝晶生長(zhǎng)。因此,得益于這種高效的宿主,在電流密度為0.1 mA cm-2的情況下,采用DPCE組裝的鋰對(duì)稱電池顯示出卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,時(shí)間超過(guò)1200小時(shí)。此外,組裝的磷酸鐵鋰電池在室溫下2C的條件下循環(huán)700次后容量保持率高達(dá)99.3%,顯示出開(kāi)發(fā)高性能固態(tài)LMB的巨大潛力。

文章要點(diǎn):

1. 受相分離法是一種簡(jiǎn)單可控的合成多孔膜技術(shù)的啟發(fā),這項(xiàng)工作首次提出在相分離過(guò)程中以SN作為PVDF-HFP的新型高沸點(diǎn)非溶劑,以為SN基PCEs構(gòu)建結(jié)構(gòu)可調(diào)的多孔支撐宿主。

2. 通過(guò)調(diào)整SN和PVDF-HFP的重量比,可以達(dá)到機(jī)械強(qiáng)度和孔網(wǎng)均勻性的平衡。此外,為了提高SN和鋰金屬的界面相容性,利用由LiTFSI和LiBOB組成的雙鹽體系作為L(zhǎng)i+源。

3. 總的來(lái)說(shuō),在0.1 mA cm-2的條件下,由該宿主支持形成的雙鹽SN基PCE(DPCE)有效抑制了鋰對(duì)稱電池的鋰枝晶形成,從而循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1200小時(shí)。同時(shí),組裝的Li|LiFeO4(LFP)電池在室溫下2 C的容量為121.5 mAh g-1,并且具有卓越的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性,循環(huán)700次后容量保持率為99.3%。

4. 這種微妙的多孔聚合物宿主設(shè)計(jì)有望被擴(kuò)展到其他需要支持宿主的固態(tài)電池系統(tǒng)的電解質(zhì)上。

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