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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：2373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(kù)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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