支春义EES：界面盐解离和局部高浓溶剂化实现4.5V锂电池

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-12-11 08:18

正文

【做计算找华算】 理论计算助攻顶刊，50000+成功案例，全职海归技术团队、正版商业软件版权！

经费预存选华算科技：年终重磅加码，高至30%预存增值 ！

聚偏二氟乙烯（PVDF）基固态聚合物电解质（SPE）中的低盐离解和不稳定的[Li(N，N-二甲基甲酰胺(DMF)) _x ] ⁺ 溶剂结构显著限制了高通量离子传输和界面稳定性。

在此， 香港城市大学支春义团队 设计了一种由氟化凝胶固态电解质(FG-SE)和聚偏二氟乙烯-共聚六氟丙烯(PVHF)基固态聚合物电解质(PVHF-SPE)组成的混合电解质(称为HFGP-SE)。在HFGP-SE中，FG-SE和PVHF-SPE的界面有效地促进了锂盐的解离，并产生了局部高浓度(LHC)溶剂化结构。开发的HFGP-SE显示出高离子电导率（0.84 mS cm ^-1 ）和显著提高的锂离子迁移数（tLi ⁺ = 0.87）。

基于此，在FG-SE和PVHF-SPE之间的界面上形成的受控LHC溶剂化结构支持由阴离子衍生的富无机固态电解质界面（SEI）的形成，从而在0.5 mA cm ^-2 的电流密度下实现稳定的锂沉积和超稳定的沉积/剥离性能。

此外，HFGP-SE可实现在4.5 V级Li||NCM811全电池中稳定循环，具有50 μm厚的锂金属负极和质量负载为12 mg cm ^-2 的正极，实现了>2 mAh cm ^-2 的面积容量。

图1. HFGP-SE的特性

总之，FG-SE和PVHF-SPE合理设计的界面可以有效地促进锂盐的解离。此外，界面上形成了具有理想弱相互作用特性的局部高浓度（LHC）溶剂化结构，形成了丰富的离子传输通道。

基于此，开发的HFGP-SE展现了高离子导电性（0.84 mS cm ^-1 ）和高锂离子迁移数（tLi+ = 0.87），配备HFGP-SE的Li||Li对称电池和Li||LFP全电池实现优异的循环性能。此外，HFGP-SE实现了在实际测试条件下（N/P比为4:1）的4.5V级Li（50微米）||NCM811（面积容量>2 mAh cm ² ）全电池的稳定循环。

因此，该项工作揭示了混合氟化凝胶和聚合物固体电解质以及其创造的界面可以显著增强固态电解质中锂盐的解离，诱导快速离子传输和优越的界面稳定性，以用于锂金属电池。