多极结合聚合物框架通过电子调制获得离子子,用于长寿命全固态电池
Xue Yang1, Long Fang1, Jing Li2
1Key Laboratory for Polymeric Composite and Functional Materials of Ministry of Education, Key Laboratory of High Performance Polymer-based Composites of Guangdong Province, GBRCE for Functional Molecular Engineering, School of Chemistry, Sun Yat-sen University, Guangzhou, 510006, China.
Angewandte Chemie (International ed. in English)
|March 25, 2024
概括
研究人员开发了一种新型的乙烯结合多极聚合物框架 (CNF-COF),用于增强固体聚合物电解质中的离子导电. 这种材料提高了金属电池的性能,使离子运输速度更快,稳定的阳极寿命更长.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 聚合物化学 聚合物化学
背景情况:
- 固体聚合物电解质 (SPEs) 对于开发更安全的全固态 (ASS) 金属电池至关重要.
- 在SPEs中提高离子 (Li+) 导电性和阳极稳定性仍然是一个重大挑战.
- 电子结构工程为调整聚合物特性以提高电池性能提供了一个有希望的途径.
研究的目的:
- 研究电子结构工程在改进Li+导电方面的作用,使用可调节的多极合聚合物框架.
- 开发一种能够增强Li+迁移和稳定阳极的新型聚合物框架.
- 为了优化固体聚合物电解质用于高速率,长寿命的ASS Li金属电池.
主要方法:
- 理论研究被用来指导聚合物框架的设计.
- 合成了一种与乙烯结合的多极聚合物框架 (CNF-COF).
- CNF-COF被纳入聚乙烯氧化物 (PEO) 电解质中,以创建复合电解质.
- 评估了电化学性能,包括离子导电性,Li+转移数和循环稳定性.
主要成果:
- CNF-COF材料显示出高效的离子选特性,改变了PEO电解质.
- 在CNF-COF调节的电子结构中,蓝和基的双重装饰增强了氧化稳定性,并促进了离子对解离.
- 含有0.5%重量CNF-COF的PEO复合电解质表现出高离子导电率 (0.634 mS cm-1在60°C) 和高Li+转移数 (0.81).
- 对称细胞显示稳定的涂/剥离超过1400小时.
- 具有LiFePO4阴极的ASS金属电池在1C时2000个循环和2C时1000个循环中表现出稳定的循环,容量保留约75%.
结论:
- 开发的CNF-COF是一种有效的添加剂,用于增强基于PEO的固体聚合物电解质的Li+导电性和稳定性.
- 经CNF-COF修饰的电解质能够快速,有选择性的Li+运输,并抑制Li树突的生长.
- 复合电解质的优越性能为高性能,长寿命的ASS Li金属电池铺平了道路.


