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物理所李泓/同濟(jì)耿振Nano Energy：原位聚合固態(tài)電解質(zhì)使Li/LiCoO2電池穩(wěn)定循環(huán)

固態(tài)電解質(zhì)與電極之間的界面問題被認(rèn)為是阻礙固態(tài)鋰電池性能提高的關(guān)鍵問題之一。原位聚合是改善界面性能最有希望的方法之一，該方法可將液態(tài)電解質(zhì)在電池內(nèi)原位轉(zhuǎn)化為固態(tài)電解質(zhì)。它可以有效地降低界面電阻，同時(shí)為鋰離子電池的商用生產(chǎn)設(shè)備提供兼容性。

中科院物理所李泓、同濟(jì)大學(xué)耿振等在前人報(bào)道的耐高溫電解質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過保持鋰鹽組成和調(diào)整溶劑組成，設(shè)計(jì)了一種用于原位聚合的新型液態(tài)電解質(zhì)。

圖1 原位聚合過程及材料表征

在這里，少量LiPF₆在防止鋁（Al）集流體腐蝕和加速室溫下電池內(nèi)1,3-二氧戊環(huán)（DOL）溶劑的原位聚合中起雙重作用。

由于添加的碳酸氟乙烯酯（FEC）和六亞甲基二異氰酸酯（HDI）在質(zhì)子協(xié)助下的協(xié)同效應(yīng)，原位聚合電解質(zhì)和LiCoO₂正極之間的界面穩(wěn)定性通過在電化學(xué)過程中形成具有良好穩(wěn)定性的界面層而得到改善。

圖2 采用原位聚合電解質(zhì)的Li/LiCoO₂的CV

因此，采用Poly-DOL-40FEC-HDI電解質(zhì)的Li/LiCoO₂電池在4.2V下顯示出良好的循環(huán)性能，在室溫和0.5C下500次循環(huán)后容量保持率高達(dá)80%。

此外，庫侖效率也得到了有效的提高。這為采用原位聚合和電化學(xué)界面工程方法設(shè)計(jì)高壓固態(tài)鋰金屬電池提供了可能。

圖3 循環(huán)后LiCoO₂電極的表面分析

In-situ Polymerized Solid-state Electrolytes with Stable Cycling for Li/LiCoO2 Batteries. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106679

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