通过捐赠-接受COF优化基于PVDF-HFP的固体聚合物电解质的电子密度,以实现高性能固态金属电池

科学领域:

• 材料科学
• 电化学
• 聚合物化学

背景情况:

• 固态金属电池 (LMB) 与液体电解质电池相比,提供了更高的安全性和接口接触.
• 在LMB中固体聚合物电解质 (SPEs) 的关键挑战包括不稳定的固体电解质间相 (SEI) 形成和缓慢的Li+运输动力学.
• 现有的SPE通常难以实现实际应用所需的高离子导电性和稳定循环.

研究的目的:

• 设计和合成改性共价有机框架 (Br-COF),以提高基于PVDF的SPE的性能.
• 研究Br-COF对固态LMB的Li+迁移,SEI稳定性和整体电化学性能的影响.
• 为改善金属电池应用提供SPE电子密度调节的策略.

主要方法:

• 将捐赠-接受型Br-COF纳入PVDF-HFP聚合物矩阵以创建修改后的SPE.
• 电化学表征,包括离子导电量测量和Li+转移数的确定.
• 使用各种阴极材料 (Li,LFP,NCM90) 进行电池循环测试,以评估长期稳定性和性能.

主要成果:

• Br-COF@PVDF-HFP SPE获得了9.2 × 10^-4 S cm^-1的高离子导电率和0.78的Li+转移数.
• 这种材料促进了稳定,富含LiF的SEI层的形成,这对电池的寿命至关重要.
• 在LiBr-COF@PVDF-HFP धूपLi电池 (3000小时在0.1 mA cm^-2) 和基于LFP/NCM90的电池 (2000/250周期) 中表现出极好的循环稳定性.

结论:

• 开发的Br-COF作为基于PVDF-HFP的SPE的有效添加剂,显著改善了Li+运输和SEI稳定性.
• 通过功能化COF来调节SPE内的电子密度是推进固态LMB技术的可行策略.
• 增强的特殊性电池对开发更安全,更耐用的固态金属电池具有很大的前景.