PEO基固態(tài)鋰電池取得新突破
發(fā)布日期：2023-10-17
近日，遼寧科技大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院“遼寧省能源材料與電化學(xué)”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫呈郭教授和李莉香教授圍繞低界面阻抗、正/負(fù)極雙界面層構(gòu)建和低溫PEO基固態(tài)鋰電池的研究工作取得突破性進(jìn)展。研究成果以《Heterocyclic polymer supported cathode/Li interface layers to lower the operational temperature of PEO-based Li-batteries》為題發(fā)表在《Nano Energy》。遼科大為第一通訊單位，2020級(jí)博士鄭金剛為第一作者。
固態(tài)聚合物鋰電池在抑制鋰枝晶，解決安全和能量密度問題方面與有機(jī)液體鋰電池相比具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，由于電極材料與固態(tài)電解質(zhì)界面的接觸不充分，電池循環(huán)過(guò)程中很難形成穩(wěn)定的SEI膜，使用固態(tài)電解質(zhì)代替有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)通常會(huì)導(dǎo)致界面高的電阻和緩慢的離子遷移。因此，解決界面問題是進(jìn)一步開發(fā)低溫（≤25℃）高性能固態(tài)聚合物鋰電池的迫切需求。為解決這一難題，孫呈郭教授等人提出利用雜環(huán)化合物的熱誘導(dǎo)聚合反應(yīng)原位同時(shí)構(gòu)造正負(fù)極界面層，以實(shí)現(xiàn)對(duì)正極界面需要的混合離子/電子傳輸和對(duì)負(fù)極界面需要的快離子導(dǎo)體傳輸?shù)耐瑫r(shí)滿足，進(jìn)而減小固態(tài)鋰電池界面電阻和界面離子遷移能壘，促進(jìn)鋰的均勻沉積/剝離，降低PEO基聚合物固態(tài)鋰電池工作溫度至10℃。這種原位定制的雜環(huán)聚合物界面層為正極界面帶來(lái)了良好的界面電子/離子導(dǎo)電性和鋰金屬負(fù)極界面良好的兼容性，可有效緩解固態(tài)電池的界面問題。
該成果采用的雜環(huán)聚合物支撐的正/負(fù)極雙界面層的策略實(shí)現(xiàn)了界面離子傳輸阻力的顯著降低，使基于PEO的固態(tài)電解質(zhì)在低溫下（10℃）表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。這種滿足正極/負(fù)極個(gè)性化要求的定制策略有望成為解決電池內(nèi)部電荷動(dòng)力學(xué)問題，包括電極結(jié)構(gòu)、電極-電解質(zhì)界面以及具有快速離子傳輸能力的固態(tài)電解質(zhì)的一項(xiàng)前景廣闊的技術(shù)。
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https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108975
（供稿：鄭金剛；審核：張涵）