地大靳洪允教授AFM:原位凝胶聚合物电解质实现高电压锂离子电池

学术   2024-11-08 07:32   浙江  

原位形成的凝胶聚合物电解质(GPE)在安全性和对当前高电压锂离子电池(LIB)的适应性方面具有优势。然而,GPE在高电流密度下实现稳定的循环是具有挑战性的。

近日,中国地质大学(武汉)靳洪允教授通过在聚合物网络中引入—CF3基团建立快速Li+传输通道,并引入仲胺N—H基团锚定阴离子,提出了一种稳定的原位GPE的灵活框架。研究显示,所获得的GPE具有2.6 mS cm-1的高离子电导率和0.67的高Li+迁移数。组装的Li||NCM811电池表现出优异的倍率性能,在10C下的放电容量为112.3 mAh g⁻¹,在1C下循环260次后的容量保持率为87.6%。此外,组装的石墨NCM811电池表现出优异的长期循环稳定性,在3C(1.8 mA cm-2)下循环300次后,容量保持率达到73.2%。这项工作为提高GPE基高压LIB在高电流密度下的循环稳定性提供了一种有前景的方法。

文章要点:

1. 该工作通过加入单体2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯(TFEA)和交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA),提出了一种创新的原位形成GPE,用于高压LIB在高电流密度下的稳定循环。

2. 由于独特的GPE结构,MTGPE表现出高的Li+转移数(0.67)、快速均匀的Li传输和沉积能力。此外,MTGPE表现出高氧化稳定性(>4.8 V vs Li/Li+),与NCM811正极的良好兼容性,以及出色的高电流密度循环性能。

3. 因此,Li||Li对称电池在低极化电压下实现了1400小时的稳定锂沉积/剥离。石墨|MTGPE|NCM811电池在3C下也表现出显著的循环稳定性。总体而言,该研究为实现高性能LIB的原位形成GPE的结构设计提供了新的见解。

图1 材料结构设计及表征

图2 理论计算

图3 半电池性能

图4 全电池性能

原文链接:
https://doi.org/10.1002/adfm.202411751

来源:高分子科学前沿
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