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離子液體基固態(tài)電解質(zhì)增強鋰金屬電池低溫性能

2024-08-14 14:52:07 sh默尼 3

清潔能源的快速發(fā)展對能源材料和能源儲存技術(shù)提出了更高要求。傳統(tǒng)液體電解質(zhì)(LEs)具有較高的離子電導(dǎo)率,但存在泄漏、易燃等安全問題。與LEs相比,固態(tài)電解質(zhì)(SSE)具有更高的安全性,而且固態(tài)聚合物電解質(zhì)(SPEs)與電極相容性較高、成膜性較強、可加工性好。然而,固態(tài)電池(SSB)在低溫下性能較差,嚴(yán)重影響了SSB的應(yīng)用。


SPEs面臨的兩個主要挑戰(zhàn)是低溫下的低離子電導(dǎo)率和電極的界面不穩(wěn)定性。在低溫下,電池內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移和固相擴散緩慢,Li+剝離過程困難,固體電解質(zhì)/電池界面處的電荷傳導(dǎo)也受到嚴(yán)重限制。此外,固體電解質(zhì)與電極之間固-固接觸產(chǎn)生的局部高電壓會導(dǎo)致枝晶快速生長,嚴(yán)重影響電池的循環(huán)性能。兩性離子具有相同數(shù)量的正電荷和負電荷基團,基于兩性離子的特殊結(jié)構(gòu),研究者利用它來提高SSE的離子電導(dǎo)率。目前,對兩性離子的研究大多集中在利用官能團構(gòu)建Li+快速轉(zhuǎn)移通道,促進Li+的解離和傳導(dǎo),但忽略了電解質(zhì)/電極界面的進一步改善,這也限制了兩性離子基SPE在低溫下的使用。

基于此,來自中國石化石油化工研究院Guolin Hou北京化工大學(xué)陳仕謀團隊研究人員設(shè)計了一種含氟烷基側(cè)鏈的聚兩性離子液體(PZI-F),作為高離子電導(dǎo)率SSE用于構(gòu)建低溫的SSBPZI-F具有由咪唑陽離子和磺酸陰離子組成的兩性離子,聚合物鏈段上還含有氟烷基側(cè)鏈的2,2,3,4,4,4-六氟甲基丙烯酸丁酯(HFMA)。設(shè)計了一種多功能的聚兩性離子液體基電解質(zhì),以增強Li+的運輸,確保了室溫和低溫下離子的高電導(dǎo)率。這種具有高離子電導(dǎo)率和低溫下顯著抑制鋰枝晶的聚兩性離子液體基固體電解質(zhì)策略,為提高鋰金屬電池的溫度適應(yīng)性和性能開辟了一條新途徑。


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標(biāo)簽:   雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰 離子液體 LiFSI LiTFSI