液態電解液的低安全性、不穩定的界面和高反應性極大地阻礙了鋰金屬電池(LMB)的發展。具有優異機械性能和高兼容性的準固態電解質(QGPEs)可以滿足LMBs的需求。
圖1. 材料制備及表征
中南大學潘安強、常智等通過聚(乳酸)中的-COOH和乙二醇中的-OH的原位多縮合,制備了一種嵌段結構的聚(乳酸)-聚(乙二醇)-聚(乳酸)共聚物(PLE)。
然后,將合成的PLE共聚物與聚丙烯腈溶液混合,通過電紡進一步獲得三維聚合物膜(PALE)。三維PALE膜作為GPE的骨架,表現出高孔隙率、柔韌性和超高的液態電解液吸收性能,同時,衍生出的準固態GPE具有更好的拉伸性。
受益于PALE鏈上豐富的官能團(-C=O、-C-O-C-和-C≡N)對LiTFSI鹽的解離作用,PALE-QGPEs的電化學穩定窗口和離子傳導率分別提高到5.11V和0.84 mS cm-1。
圖2. 半電池性能
此外,由于在鋰金屬負極上形成了穩定的富氟化鋰SEI層,Li||PALE-3-6 GPEs||Li對稱電池在0.5 mA g-1/0.5 mAh cm-2下穩定運行超過890小時,并且在Li||PALE-3-6 GPEs||Cu半電池中實現了94.8%的平均庫倫效率。
另外,使用PALE-3-6 GPEs和LiFePO4(LFP)的全電池,在負載量為8.39和6.76 mg cm-2以及面電流密度為1.26和2.03 mA cm-2下容量保持率分別為98.3%和88.7%,這可以歸因于LFP正極上持久的CEI結構。
此外,小軟包電池在苛刻的運行條件下也具有出色的循環穩定性,表明PALE GPEs在高能量密度的柔性設備中的應用可能性。
圖3. 全電池性能
Regulation of Interphase Layer by Flexible Quasi-Solid Block Polymer Electrolyte to Achieve Highly Stable Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202300425
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