孙立群/谢海明 AEM: 用于高能固态金属锂电池的经纬交织结构双相弹性电解质

将LiNixCoyMnzO2 (NCM)作为阴极的固态锂金属电池是为了满足储能系统的高能量密度要求而开发的。然而，锂离子在锂金属电极上的电镀和剥离过程会导致显著的体积变化，最终降低电池性能。本研究设计并成功合成了一种具有特殊经纬交织结构的弹性电解质，该电解质由作为填充物的交联相和作为骨架的聚合物相组成。随着聚合物相的增加，电解质由不规则的皱折结构变为经纬交织结构。最佳电解质ATPE-1以纬度特征为主，具有800%的伸展性和较高的室温离子电导率（1.72 mS cm-1）。因此，与锂金属阳极的紧密接触和出色的兼容性，使得以ATPE-1为电解质的锂对称电池能够保持稳定并延长循环寿命超过2000 小时。此外，聚合物相和交联相之间存在的超分子相互作用有效地提高了电解质的分解电压。Li/ATPE-1/NCM622电池在环境条件下具有卓越的速率性能。这种创新的弹性电解质为高性能固态锂金属电池的实际应用提供了广阔的前景。

图文简介

a )化学结构设计示意图；b ) ATPEs制备过程示意图。图示c )交联和d )可逆氢键的形成。e ) ATPE可能的结构示意图和ATPE在拉伸时具有优异回弹性的拟议结构。f ) TPE，g ) ATPE-0.5，h ) ATPE-1，i ) ATPE-1.5，和j ) ATPE-2的SEM图像。

a ) TPE和ATPE- ( 0.5-2 )的DSC；b ) TPE和ATPE- ( 0.5-2 )的室温离子电导率；c ) TPE和ATPE- ( 0.5-2 )的变温离子电导率；d ) TPE和ATPE- ( 0.5-2 )的锂离子迁移数；e ) ATPE的锂离子迁移路径示意图。

a ) TPE，b ) ATPE-0.5，c ) ATPE-1，d ) ATPE-1.5和e ) ATPE-2在锂对称电池中0.1 mAh cm -2和0.1 mA cm -2的恒电流电镀/剥离曲线。f ) TPE和ATPE- ( 0.5-2 )基锂对称电池界面阻抗的Nyquist图。g )锂对称电池的界面阻抗图。h )使用ATPE-1的锂对称电池在不同电流密度( 0.05、0.1、0.2、0.5、1 mA cm-2)下的电压曲线。i ) 2000 h后分别使用TPE，ATPE-0.5，ATPE-1，ATPE-1.5和ATPE-2的对称电池中锂表面的SEM图像。

a ) 100次循环后ATPE-1和TPE电池的横截面SEM图像。b ) Li//NCM电池中ATPE-1和TPE的示意图。c ) Li/ATPE-1/NCM622电池在0.1 C下300 次循环的放电比容量和库伦效率。d ) Li/ATPE-1/NCM622电池的倍率性能。e ) Li/ATPE-1/NCM622电池在1 C下150 次循环的放电比容量和库伦效率。f )高阴极载量6.6 mg cm -2的Li/ATPE-1/NCM622电池在0.2 C下100 次循环的放电比容量和库伦效率。

论文信息

通讯作者：Haiming Xie, Liqun Sun