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?北科連芳AFM:引入富氫鍵網絡大幅提升固態聚合物電解質的性能

?北科連芳AFM:引入富氫鍵網絡大幅提升固態聚合物電解質的性能
固態聚合物電解質(SPEs)及其復合材料是全固態鋰電池商業化應用最有前景的材料,但需要滿足SPEs的要求,包括適中的機械強度、高鋰離子電導率以及穩定的電極/電解質界面。
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圖1 PNPU的制備及表征
北京科技大學連芳等設計了聚氨酯基聚合物(PNPU),以進一步構建用于高能量密度固態鋰金屬電池的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)與PNPU-PVDF-HFP的混合固態聚合物電解質。
理論計算和表征結果表明,PNPU-PVDF-HFP固態鋰離子電解質膜仍然保持了PNPU的多種氫鍵模式,從而顯著改善了聚合物膜的機械性能,并使其結構更加緊湊。此外,作者還證實了PNPU參與形成了混合電解質中的雙Li+傳輸路徑,加速了鋰離子的遷移。
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圖2 對稱電池性能
因此,PNPU-PVDF-HFP固態鋰離子電解質膜具有合適的拉伸強度(5.16兆帕)、較高的伸長率(140.8%)、較高的環境離子電導率(4.13×10-4 S cm-1)、優異的延展性以及在鋰金屬負極界面上的穩定性。
結果,采用PNPU-PVDF-HFP固態電解質的鋰/磷酸鐵鋰和鋰/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 固態電池在30℃下具有穩定的循環性能。這項研究為實現固態電池的機械電化學耦合穩定固態電解質提供了一種可行的策略。
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圖3 全電池性能
Largely Promoted Mechano-Electrochemical Coupling Properties of Solid Polymer Electrolytes by Introducing Hydrogen Bonds-Rich Network. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202307045

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