近日，南开大学高学平研究员&郝帅副研究员在Energy & Environmental Materials上发表题为“A Tri-salt Composite Electrolyte with Temperature Switch Function for Intelligently Temperature-Controlled Lithium Batteries”的研究型论文。
1. 设计了一种具有温度开关功能的三盐复合电解质
2. 在50°C以上，复合电解质处于液态，与液固界面上的工作电极完全接触，有效地减小了界面电阻，该低熔点复合电解质在50°C以下变成固态， 复合电解质的离子电导率显著降低，界面电阻也显著增加
研究背景
固态锂电池（SSLB）同时具有不易燃的固体电解质和高容量的锂阳极，在解决商用锂离子电池的安全问题和能量密度限制方面具有巨大的潜力，被认为是未来的下一代电池之一。然而，由于刚性电极/电解质界面接触，固体电解质在固态锂电池的应用方面还不令人满意。本文提出了一种以卤化物Li3YBr6（LYB）、LiTFSI和LiNO3作为低熔点PEGDME/PEO聚合物中的三盐复合电解质，并进一步填充到经过预锂化的氧化铝纤维骨架中。当温度低于/超过50°C时，复合电解质可以在固体和液体之间来回切换。因此，通过调节温度，使用该复合电解质的电池的工作状态可以在开启和关闭之间发生灵活的变化，这使得该电解质在开发智能温控电池方面具有巨大的潜力。
本文设计了一种具有温度开关功能的三盐复合电解质。具体来说，卤化物Li3YBr6与LiTFSI和LiNO3在低熔点聚合物基体（聚乙二醇二甲醚（PEGDME）和聚环氧乙烷（PEO））中作为活性填料，进一步填充到经过预锂化处理后的氧化铝纤维骨架中。在50°C以上，复合电解质处于液态，与液固界面上的工作电极完全接触，有效地减小了界面电阻，Li/Li对称电池可以在0.1mA cm-2 的电流密度下可以稳定循环1800 h，同时，匹配的Li/LiFePO4电池在0.2 C下具有147.9 mAh g-1的放电比容量，且在1 C下循环300周的容量保持率为86.5%。该低熔点复合电解质在50°C以下变成固态， 复合电解质的离子电导率显著降低，界面电阻也显著增加， 电池进入关闭状态。因此，通过简单地调整温度，电池可以有意地被“打开”或“关闭”。这种复合电解质的新型功能对开发智能温控锂电池具有重要意义。
图 1.Li3YBr6前驱体在退火前后的 (a) XRD谱图和 (b) 阻抗谱（插图：部分放大）；(c) 氧化铝纤维膜与最终三盐复合电解质膜前后XRD谱图的比较。
图 2. 氧化铝纤维薄膜和整个复合电解质膜的扫描电镜图像。氧化铝纤维薄膜在(a)预锂化前和(b)预锂化后。预锂化氧化铝纤维薄膜的 (c) EDS元素分布。具有EDS元素分布的复合电解质膜（d和e）的横截面和顶面。(f) 在85°C-90°C条件下，氧化铝纤维骨架中熔化的复合电解质的光学照片。(g) CE-Blank和CE-LYB电解质的DSC曲线，加热速率为10°C min-1。(h)低温阶段复合电解质膜离子电导率的温度依赖性。
图3. 60°C下CE-Blank和CE-LYB电解质膜的电化学分析：Li/CE-Blank/SS（不锈钢）电池和Li/CE-LYB/SS电池的(a)线性扫描伏安法(LSV)曲线; 使用CE-Blank和CE-LYB的Li/LiFePO4电池的(b)循环伏安曲线；CE-Blank和CE-LYB的 (c) 阿伦尼乌斯活化能曲线；Li/CE-Blank/Li和Li/CE-LYB/Li电池的(d)极化电流曲线。
图4. 含有不同成分锂盐的电解质的Li/Li对称电池的循环曲线，在60°C下0.1 mA cm-2进行测试（a，在整个测试时间内；b，0-130h的放大倍数）。150-170h(c)和330-350h(d).的部分放大倍数
图5. 使用CE-LYB和CE-Blank电解质的Li/LiFePO4电池在60°C下的循环性能。(a) 0.2C倍率下的初始充放电曲线；（b-c）在0.2 C的倍率下循环100周(b)前和(c)后的Li/LiFePO4电池阻抗谱；（d-f）0.2C倍率(d)下的恒流循环以及CE-Blank (e)和CE-LYB (f) 电池相应的充放电曲线；（g-i）1.0C倍率下的恒流循环，以及CE-Blank (h)和CE-LYB (i) 电池相应的充放电曲线。
图6. 复合电解质膜的温度开关功能。(a)高温下CE-LYB电解质的数码图像。(b-e) Li/LiFePO4细胞在30°C(b)、60°C(c)和80°C(d)下的阻抗谱，以及相应的拟合数据(e)。(f)通过温度调节，使得CE-LYB电解质可逆地打开/关闭Li/LiFePO4电池。
En-De Fu, Hui-Min Wang, Ya-Ting Zhang, Zhen-Xue Xiao, Xiu Zheng, Shuai Hao*, Xue-Ping Gao*, A Tri-salt Composite Electrolyte with Temperature Switch Function for Intelligently Temperature-Controlled Lithium Batteries. Energy Environ. Mater. 2024. DOI: 10.1002/eem2.12745
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.12745
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