云南大学 林欣蓉 AFM: 具有双重界面稳定性的原位混合Si/F聚合物网络电解质，适用于高压锂金属电池

高电压锂金属电池（LMB）在储能应用方面前景广阔，但由于固体聚合物电解质（SPE）的电化学窗口较差，很难通过单一聚合物功能实现。本文报告了一种以硅/氟为基础的混合聚合物三维网络，该网络以聚硅氧烷为骨架，并带有含氟垂链，可调节最高占位分子轨道（HOMO）/最低未占位分子轨道（LUMO）能量，从而在热力学上扩展固体聚合物电解质（SPE）的固有电化学窗口。同时，具有高氟丰度的混合硅/氟官能团在阳极和阴极界面具有双重界面动力学稳定性，分别具有稳定的固体电解质界面（SEI）和阴极电解质界面（CEI）。此外，研究还表明，将Si/F SPE与共晶电解质 (EE) 原位混合以形成不易燃的凝胶聚合物电解质，可减轻EE对金属锂阳极的寄生反应，并在25 °C下实现4.2至4.8 V的高度可逆充放电循环。

图文简介

a )计算了HOMO和LUMO能级，b )具有一个重复单元的简化聚合物前驱体的结构，以探讨有机硅和氟在聚合物电解质分子结构中的作用。

a ) 3D交联网络形成的示意图。b )交联Si/F2的C，O，F和Si元素分布的能量色散光谱( EDS )图像。c )交联Si/F2与交联Si/F1的线性扫描伏安曲线。插图：交联Si/F2的循环伏安曲线( CV )；d) 交联Si/F2和交联Si/F1在60 °C、不同电压下保持3 小时的静电电位测试。e )流变测试( ω =1 rad s-1 ,应变γ = 1 %)测得的动态储能模量( G′)和损耗模量( G″)；f )交联Si/F2和Si/F1在25~80 ℃范围内的温度依赖性。

阴极电解质界面( CEI )的表征

a1 )交联Si/F2和交联Si/F1在Li||LCO电池中0.5 C和60 °C循环的放电容量和库伦效率。a2 ) Li||交联Si/F2||LCO在0.5 C和60 °C循环的电压曲线。b1 )交联Si/F2在Li||LNMO电池中0.5 C和60 ° C循环的放电容量和库伦效率。b2 ) Li||交联Si/F2||LNMO在0.5 C和60 ℃循环的电压曲线。

a )在Li||NCM622电池中，交联Si/F2@EE和交联Si/F1@EE在0.5 C和25 °C下循环的放电容量和库伦效率。b )在Li||LCO电池中，交联Si/F2@EE和交联Si/F1@EE在0.5 C和25 °C下循环的放电容量和库伦效率。c )在Li||NCM811电池中，交联Si/F2@EE在0.5 C和25 °C下循环的放电容量和库伦效率。d )在Li||LNMO电池中，交联Si/F2@EE在0.5 C和25 °C下循环的放电容量和库伦效率。

论文信息

通讯作者：Xinrong Lin