無(wú)定形硅烷封端聚醚3D結(jié)構(gòu)聚合物電解質(zhì)提高鋰金屬電池性能

【引言】

因?yàn)榻饘黉嚨母呃碚摫热萘?，可充電的Li金屬電池（LMBs）為高能量密度、長(zhǎng)壽命電子器件的能量需求提供了可能。然而，使用液體電解液，有許多弊端阻礙了LMBs的進(jìn)一步發(fā)展，尤其是Li枝晶生長(zhǎng)引起的安全問(wèn)題。為了提高LMBs的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性，采用聚合物電解質(zhì)（PE）和無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)（ISE）可以有效避免液體電解質(zhì)的泄露和燃燒等問(wèn)題。相比于ISE對(duì)水和氧高敏感性以及與電極的剛性界面接觸，PE的不同之處在于有良好的柔性以及對(duì)電極有較強(qiáng)的粘附性，因此它被視為實(shí)現(xiàn)高性能LMBs的理想選擇。

聚氧化乙烯（PEO）是研究較早且廣泛的聚合物電解質(zhì)，具有諸多優(yōu)點(diǎn)。但是，PEO-PE的鋰離子電導(dǎo)率低和電化學(xué)穩(wěn)定窗口窄等問(wèn)題大大限制了其應(yīng)用前景。最近報(bào)道的聚硅氧烷（PSI）-PE具有高離子電導(dǎo)率，低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及-Si-O-引起的非晶結(jié)構(gòu)，為L(zhǎng)i+提供了充足的擴(kuò)散通道。然而多數(shù)PSI-PE在室溫下是液態(tài)/凝膠狀，這不利于固態(tài)電池器件的組裝。受PEO-PE 和PSI-PE的啟發(fā)，研究人員通過(guò)硅烷封端聚醚（MSTP）單體聚合，引入四乙二醇二甲醚（TEGDME），制備了一種具有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無(wú)定形硅烷封端聚醚聚合物電解質(zhì)（MSTP-PE），提高了離子電導(dǎo)率并改善了電極的界面兼容性。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院尉海軍教授（通訊作者）研究小組通過(guò)一種交聯(lián)的方法制備出改性的硅烷封端聚醚基聚合物電解質(zhì)。因其具有3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在室溫下該無(wú)定形聚合物電解質(zhì)有高離子電導(dǎo)率（0.36mS/cm）、高熱穩(wěn)定性（Tm=379℃）、高離子轉(zhuǎn)移數(shù)（0.65）、達(dá)5V的電化學(xué)窗口以及和電極良好的兼容性。該研究成果以“Amorphous modified silyl-terminated 3D polymer electrolyte for high-performance lithium metal battery”為題發(fā)表在Nano Energy上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1.MSTP-PE的合成

（a）MSTP-PE聚合前后的照片，示意圖是MSTP-PE的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

（b）MSTP單體的分子結(jié)構(gòu)和MSTP-PE的聚合過(guò)程。

圖2. MSTP-PE的表征

（a） MSTP-PE表面和截面的掃描電鏡圖；

（b） 柔性MSTP-PE的照片；

（c） PEO-PE和 MSTP-PE的XRD比較；

（d） MSTP-PE的TG和DSC曲線。

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