【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】鋰金屬因具有高理論容量(~3860 mAh g^-1)和低氧化還原電位(相對于標準氫電極為-3.04 V)，是頗有前景的鋰電池電極材料之一。然而，鋰枝晶的生長將會頂穿隔膜，引起電池短路熱失控，甚至引燃電解液等，存在安全隱患。使用具有高機械強度的固態(tài)電解質(zhì)代替電解液，可以有效阻止鋰枝晶生長，從而提高鋰金屬電池(LMBs)安全性。相比無機電解質(zhì)較高的界面接觸阻抗，聚合物電解質(zhì)(SPEs)可與電極形成緊密的物理接觸而備受關(guān)注。
 

　　然而，用于導鋰的含氧極性官能團容易被氧化，成為限制電化學穩(wěn)定性的瓶頸。雖然通過開環(huán)聚合消除弱鍵、引入含氟官能團等策略可拓寬電化學窗口(ESW)，但寬ESW難以直接轉(zhuǎn)化為長循環(huán)LMBs的高截止電壓。一方面，測試ESW的線性掃描伏安法使用的阻塞電極通常是平坦的不銹鋼，與具有高表面積碳導電劑的實際電極相比，顯示出較低的反應(yīng)活性，易高估ESW；另一方面，具有過渡金屬的正極材料較強的催化活性，易加劇氧化。目前，適用于截止電壓為4.5V或更高的長循環(huán)LMBs的聚合物電解質(zhì)有待證明。
 

　　近日，中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所應(yīng)用多氟化交聯(lián)劑來增強聚合物電解質(zhì)的抗氧化性。交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有助于傳遞多氟化鏈段的吸電子效應(yīng)，并具有普適性。進一步通過組分優(yōu)化后，基于多氟交聯(lián)劑的聚合物電解質(zhì)同時表現(xiàn)出寬ESW、高電導率和高機械強度。組裝的Li||NCM523全電池在0.5C和4.5 V的截止電壓，獲得了~164.19 mAh g^-1的高放電比容量，并在200次循環(huán)后容量保持率90%，是當前領(lǐng)域報道的最佳循環(huán)穩(wěn)定性之一。
 

　　相關(guān)研究成果以Polyfluorinated crosslinker-based solid polymer electrolytes for long-cycling 4.5 V lithium metal batteries為題，發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中科院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊計劃、江蘇省碳達峰碳中和科技創(chuàng)新專項等的資助，并獲得蘇州納米所納米真空互聯(lián)實驗站(Nano-X)的技術(shù)支持。新加坡南洋理工大學科研人員參與研究。
 

圖1.SPE的制備
 

　　圖2.SPE的ESW。a.Li|PVEC/P(IL-OFHDODA-VEC)|C的LSV曲線；b.PIL、POFHDODA、PVEC、P(IL-OFHDODA)、P(IL-VEC)和P(OFHDODA-VEC)的ESW。
 

　　圖3.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全電池的電化學性能。a.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全電池在0.5 C下的循環(huán)性能；b.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全電池的第1-200次充放電曲線；c.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全電池的倍率性能；d-f.充滿電的Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523軟包電池在折疊前(d)和折疊后(e)或切割后(f)點亮LED燈的照片。