AEM: 通过压电效应实现均匀锂沉积的原位聚合固态电解质

文章总结

固态锂金属电池（SLMBs）因其固有的高能量密度和安全性而具有广阔的应用前景。在固态电解质（SEs）中，原位聚合固态电解质具有界面接触紧密、界面电阻显著降低的优点，但其仍可能面临锂枝晶的无控生长问题，这会损害电池的长期稳定性和循环性能。在此，本文报道了一种 PDOL@ZnO/PVDF-HFP 固态电解质，该电解质由氧化锌（ZnO）纳米线修饰的聚偏氟乙烯 - 共 - 六氟丙烯（PVDF-HFP）纤维隔膜作为骨架，并以原位聚合的聚（1,3 - 二氧戊环）（PDOL）作为填料。在锂电镀过程中，ZnO 纳米线因挤压产生的压电场会降低局部锂浓度并促进锂通量均匀化，从而有效抑制锂枝晶的生长。因此，基于 PDOL@ZnO/PVDF-HFP 电解质的 LiFePO₄/Li 电池在 30°C 下表现出长而稳定的循环寿命：在 0.2C 电流密度下循环 600 次时，可逆容量为 144.0 mAh g⁻¹，容量保持率为 91.3%。值得注意的是，LiFePO₄/Li 软包电池可稳定循环 200 次。这种提出的具有压电效应的原位聚合固态电解质为指导高性能固态电池的实际应用开辟了新视角。

图文简介

（a）PDOL@PVDF-HFP 电解质和（b）PDOL@ZnO/PVDF-HFP 电解质中阳极界面锂沉积的示意图说明

a) ZnO/PVDF-HFP 隔膜的数码照片 (b) 横截面和 (c) 俯视图 SEM 图像（ZnO/PVDF-HFP 隔膜）(c) 中的插图为 ZnO/PVDF-HFP 隔膜中 ZnO 纳米线的 SEM 图像 (d) ZnO/PVDF-HFP 隔膜的 EDS 元素映射图 (e) PVDF-HFP 和 ZnO/PVDF-HFP 隔膜的 XRD 图谱及 (f) 应力 - 应变曲线 PVDF-HFP 和 ZnO/PVDF-HFP 隔膜在 100°C (g)、120°C (h) 和 130°C (i) 下的热收缩行为。

a) PDOL 聚合机理示意图 b) DOL 和 PDOL 的 1H 核磁共振谱图 c) 电解质聚合前（左）后（右）的数码照片 d) DOL 和 PDOL 的傅里叶变换红外光谱图 e) PDOL@PVDF-HFP 和 PDOL@ZnO/PVDF-HFP 的离子电导率随温度变化曲线及 f) 线性扫描伏安曲线 g) PDOL@PVDF-HFP 和 h) PDOL@ZnO/PVDF-HFP 的计时电流曲线。

a) 对称电池在 0.5 mA cm⁻²（a）和 1 mA cm⁻²（c）电流密度下的恒电流循环曲线 b) Li | PDOL@ZnO/PVDF-HFP | Li 对称电池的临界电流密度 d) 本工作中含 PDOL@ZnO/PVDF-HFP 电解质的对称电池与近年文献报道的其他 PDOL 基电解质的循环性能对比 循环后锂金属阳极的表面形貌分析：使用 PDOL@PVDF-HFP 电解质循环后的锂金属顶视（e,f）和横截面（g）SEM 图像、使用 PDOL@ZnO/PVDF-HFP 电解质循环后的锂金属顶视（h,i）和横截面（j）SEM 图像。

LFP/Li 电池的电化学性能

论文信息

通讯作者：Huadong Yuan, Xinyong Tao, Jianmin Luo

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