鋰金屬電池因其鋰金屬負極最低的電化學(xué)電位（-3.04 V）和最高理論容量（3860 mAh g-1）而受到了廣泛關(guān)注，其相較于用石墨負極的鋰離子電池，能量密度可以提升約45%。然而鋰金屬表面非均勻的鋰離子沉積導(dǎo)致的枝晶生長問題造成的短路問題和低庫倫效率也限制了其發(fā)展。利用固態(tài)電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì)是調(diào)節(jié)鋰離子沉積進而抑制鋰枝晶生長的有效手段。聚合物固態(tài)電解質(zhì)具有柔性，界面相容性好和安全性佳等優(yōu)點，但是其低離子電導(dǎo)和界面不穩(wěn)定性限制了其應(yīng)用。
氟化策略近年來一直是聚合物固態(tài)電解質(zhì)的研究重點，因為氟化策略可以在鋰金屬表面通過形成諸如LIF等SEI組分從而使得鋰離子的沉積更加均勻，使得電池的循環(huán)穩(wěn)定性更佳。但是氟化聚合物一直面臨著原位聚合程度低，聚合動力學(xué)慢等缺點。因此，開發(fā)出原位聚合的氟化體系，克服氟化體系聚合困難的問題并能夠利用氟化聚合物對鋰金屬的穩(wěn)定作用助力鋰電池的循環(huán)至關(guān)重要。
近日，北京大學(xué)楊槐教授和北京科技大學(xué)胡威團隊開發(fā)了一種利用熔噴布增強的部分氟化固態(tài)電解質(zhì)（PFMC-SPE）。其利用部分氟化的丙烯酸酯單體配方通過浸潤熔噴布后紫外光聚合成膜構(gòu)筑出PFMC-SPE體系。該體系由于熔噴布而改善了力學(xué)性能；同時利用部分氟化的策略克服了氟化單體聚合難度高，聚合動力學(xué)慢，聚合程度低的問題，同時也保留了氟化體系通過SEI的形成對電化學(xué)性能的提升作用。PFMC-SPE具有優(yōu)異的室溫離子電導(dǎo)（1.0 mS/cm），同時具有寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口（大于5.0V）。此外，以鋰金屬為負極磷酸鐵鋰為正極的電池可以在30℃和1.0 C的倍率下循環(huán)750圈，放電容量從141.2 mAh g-1增加到119.6 mAh g-1，體現(xiàn)了優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性。該工作提出的價廉熔噴布增強和部分氟化策略在開發(fā)下一代穩(wěn)定固態(tài)鋰電池方面十分具有前景。
【文章亮點】
1.提出部分氟化的策略
圖5 電池性能 a)PFMC-SPE倍率性能。b) 不同倍率下Li/PFMC-SPE/LFP電池在30 ℃下循環(huán)的電壓曲線。c)Li/PFMC-SPE/LFP電池在30℃下1.0C時的放電比容量和庫侖效率。d) 不同循環(huán)圈數(shù)下Li/PFMC-SPE/LFP電池在30 ℃下循環(huán)的電壓曲線。e) 相似氟化體系循環(huán)性能對比。
原文鏈接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2211285523009126
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