课题组在聚合物固体电解质方面取得新进展

研究背景

锂金属电池由于其高能量密度而具有广阔的应用前景。但是，液态电解质的易泄露，燃烧爆炸等安全问题以及锂枝晶的生长严重限制了锂金属电池的实际应用。聚合物电解质具有柔韧性好、高安全性、不易泄露和对锂金属稳定等优点，在保证电池安全性能的同时可有效地抑制锂枝晶的生长，提高电池的循环寿命，吸引了大量研究人员的关注。但是，低的室温离子导电率以及电解质与电极的界面接触问题阻碍了其进一步发展。

成果简介

近日，西安交通大学宋江选教授在国际能源期刊Energy Storage Materials 上发表题为“Enhanced Ionic Conductivity and Interface Stability of Hybrid Solid-state Polymer Electrolyte for Rechargeable Lithium Metal Batteries”的论文，第一作者为西安交通大学硕士生刘桥和博士生刘洋洋。研究人员报道了一种将聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）和聚环氧乙烷（PEO）作为混合基体，掺入快离子导体Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃，和溶剂化离子液体作为增塑剂（LiFSI-TEGDME）的混合固态电解质（PPLS），溶剂化离子液体的加入不仅提高了混合电解质的离子导电率，也显著的改善了其与锂金属之间的稳定性。该混合电解质具有超高的室温离子导电率（3.72 mS/cm）、宽电化学窗口（4.9V）、良好的阻燃性，应用至Li|LiFePO4电池，在室温0.1 C的电流密度下循环100周后仍有158 mAh g^-1的高比容量。

图1. 混合电解质PPLS的制备过程

图2. (a) 吸液率, (b) 极限电流密度, (c) 锂离子迁移数 (d) 离子导电率

图3. (a)光学照片, (b) SEM图片, (c) XRD曲线 (d) 应力应变曲线 (e) 高温尺寸稳定性 (f) 燃烧测试 (g) 线性扫描伏安曲线

图4. (a) 0.1C的电流密度下的循环性能测试 , (b) 不同循环周次的充放电曲线, (c) 不同倍率下的循环性能测试 (d) 不同倍率下的充放电曲线

     本研究由国家自然科学基金项目（编号：No. 51602250, No. 51802256, No.21875181）和西安交通大学青年拔尖人才计划支持。

     原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719303502