高弹性固体聚合物电解质的新设计用于稳定的金属电池

科学领域:

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• 电化学 电化学 电化学
• 聚合物科学 聚合物科学

背景情况:

• 金属阳极具有高容量,但在固态金属电池 (LMB) 中面临着像石生长和接口不稳定等挑战.
• 现有的固体聚合物电解质 (SPEs) 难以为实际的LMB应用提供足够的离子导电性和机械稳定性.
• 解决这些问题对于实现高能量密度金属电池的潜力至关重要.

研究的目的:

• 为先进的金属电池 (LMB) 开发一种高度弹性和界面稳定的固体聚合物电解质 (SPE).
• 研究聚氨弹性体 (TPU) 组件和硫化 (Li2S) 添加剂对电池性能的影响.
• 克服金属阳极的关键局限性,包括树突形成和不稳定的固体电解质介相层 (SEI).

主要方法:

• 合成了聚氨弹性体 (TPU) 固体聚合物电解质,其中包括聚乙烯氧化物 (PEO) 软段和异二酸盐 (IPDI) 硬段.
• 将硫化 (Li2S) 作为添加剂添加到TPU SPE中,以修改接口特性并促进LiF的形成.
• 在各种电流密度和温度下制造和测试了对称的Li 电池UTPU-Li2S 电池和LiFePO4 电池UTPU-Li2S 电池全电池.

主要成果:

• 基于TPU的SPE显示了增强的Li+离子导电性,弹性模量和灵活性.
• 添加Li2S有效抑制了副作用反应,并促进了稳定的LiF丰富接口层的现场生成.
• 对称的Li2S电池实现了在0.1 mA/cm2和50°C下长达1400小时的稳定循环,在0.5 mA/cm2下长达350小时.
• FePO4 玉米UTPU-Li2S玉米Li全细胞表现出卓越的循环稳定性,在1C时500个循环后保持80%的容量.

结论:

• 开发的基于TPU的SPE与Li2S添加剂为稳定和高性能固态金属电池提供了一个有前途的解决方案.
• 这一战略有效地解决了与金属阳极相关的关键挑战,为实际应用铺平了道路.
• 这种简单且具有成本效益的方法为设计下一代固体聚合物电解质的设计提供了宝贵的见解,用于长寿命的LMB.