離子液體基固態電解質增強鋰金屬電池低溫性能

2024-08-14 14:52:07 sh默尼 28

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

SPEs面臨的兩個主要挑戰是低溫下的低離子電導率和電極的界面不穩定性。在低溫下，電池內的電荷轉移和固相擴散緩慢，Li⁺剝離過程困難，固體電解質/電池界面處的電荷傳導也受到嚴重限制。此外，固體電解質與電極之間固-固接觸產生的局部高電壓會導致枝晶快速生長，嚴重影響電池的循環性能。兩性離子具有相同數量的正電荷和負電荷基團，基于兩性離子的特殊結構，研究者利用它來提高SSE的離子電導率。目前，對兩性離子的研究大多集中在利用官能團構建Li⁺快速轉移通道，促進Li⁺的解離和傳導，但忽略了電解質/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的Guolin Hou和北京化工大學的陳仕謀團隊研究人員設計了一種含氟烷基側鏈的聚兩性離子液體(PZI-F)，作為高離子電導率SSE用于構建低溫的SSB。PZI-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鏈的2,2,3,4,4,4-六氟甲基丙烯酸丁酯(HFMA)。設計了一種多功能的聚兩性離子液體基電解質，以增強Li⁺的運輸，確保了室溫和低溫下離子的高電導率。這種具有高離子電導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策略，為提高鋰金屬電池的溫度適應性和性能開辟了一條新途徑。