双锂盐凝胶复合电解质的制备及其在锂金属电池中的应用

作     者：郭宇翔 黄立强 王刚 王宏志 GUO Yuxiang;HUANG Liqiang;WANG Gang;WANG Hongzhi

作者机构：东华大学材料科学与工程学院纤维材料改性国家重点实验室上海201620 同济大学材料科学与工程学院车用新能源研究院上海201804 

出 版 物：《无机材料学报》 (Journal of Inorganic Materials)

年 卷 期：2023年第38卷第7期

页      面：785-792,I0001,I0002页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：中央高校基本科研业务费专项资金资助(2232021G-12,2232020A-03,2232021G-02) 上海市自然科学基金(21520710700) 国家自然科学基金(51903189) 

主　　题：锂金属 原位聚合 凝胶复合电解质 电化学稳定性 

摘      要：锂金属具有理论比容量高、还原电位低及储量高等优势,是高能量密度锂离子电池的理想负极材料之一。然而,传统的液态电解质与锂金属的不相容性极大地限制了其应用。本研究采用原位聚合的方法,开发了一种与锂金属负极相容性良好的凝胶复合电解质(Gel Complex Electrolyte,GCE)。向该电解质中引入的双锂盐体系可与聚合物组分共同作用,拓宽了电解质的电化学窗口(5.26 V,商用电解液的电化学窗口为3.92 V),并能够获得较高的离子电导率(30℃,1×10^(–3)S·cm^(–1))。锂金属负极表面的形貌表征及元素分析结果显示,在双锂盐体系的作用下,GCE表现出对锂金属明显的保护效果,锂金属负极的体积效应及枝晶生长得到了明显抑制。同时,匹配商业磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料组装的锂金属全电池也展现出优异的循环稳定性和良好的倍率性能,在25℃下以0.2C(1C=0.67 mA·cm^(–2))的恒定电流循环200圈后,容量保持率可以达到92.95%。研究表明,该GCE能有效提高锂金属电池的安全稳定性以及综合的电化学性能,有望提供一种普适化的准固态电解质设计策略。