AFM: 聚合物电解质中的弱相互作用助力固态锂电池快充

文章总结

对于快充型固态锂电池而言，构建固态聚合物电解质至关重要，但由于其离子电导率低且界面阻抗大，这项工作极具挑战性。本文中，我们设计并制备了一种由弱键连接的配位锂离子（Li⁺）传输网络固态聚合物电解质，其具有在 30℃时离子电导率高达 1.14×10⁻³ S cm⁻¹ 以及 4.82 V 宽电化学窗口的特点。羧基功能化离子液体和金属有机框架与聚合物之间的弱相互作用，构建出了快速的离子迁移通道，并促进了锂盐的解离，从而产生更多游离的锂离子（Li⁺），这有利于实现快速充电能力。因此，在固态磷酸铁锂（LiFePO₄）|| 锂（Li）电池中，即使经过 500 多次循环，在 6C 倍率下该电池仍能展现出卓越的倍率性能和循环性能，比容量达到 96.2 mAh g⁻¹，容量保持率高达 98.9%。这种快速充电能力优于近期的许多相关报道，这可归因于电解质中弱键的局部基团间相互作用以及富含氟化锂（LiF）的固态电解质界面相。这项工作不仅证实了基团间相互作用的重要性，还为设计具备快速充电能力的固态电解质提供了思路。

图文简介

a) 1 - 羧甲基 - 3 - 甲基咪唑（Cmim）、b) 双 (三氟甲基磺酰) 亚胺阴离子（TFSI）、c) 金属有机框架（MOF）的静电势能图。密度泛函理论计算揭示了 d) N - 甲基 - 2 - 吡咯烷酮 - 双 (三氟甲基磺酰) 亚胺锂（NMP-LiTFSI）、e) 1 - 羧甲基 - 3 - 甲基咪唑 - 双 (三氟甲基磺酰) 亚胺锂（Cmim-LiTFSI）（锂位点）以及 f) 1 - 羧甲基 - 3 - 甲基咪唑 - 双 (三氟甲基磺酰) 亚胺锂（Cmim-LiTFSI）（氮位点）的基团间相互作用。

固态聚合物电解质（SPE）的合成以及固态电池的结构。

不同固态聚合物电解质（SPEs）的离子传输性能和稳定性表征

不同电解质的固态磷酸铁锂（LiFePO4）|| 锂（Li）电池的电化学性能

论文信息

通讯作者：Sheng Zhu, Jiangfeng Ni ,Dan Zhou