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上交王久林EnSM：阻燃凝膠聚合物電解質(zhì)穩(wěn)定鋰金屬，推動鋰硫電池實用化

凝膠聚合物電解質(zhì)兼具固態(tài)電解質(zhì)和液態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點。一般來說，液態(tài)電解質(zhì)被物理地儲存在聚合物基體的多孔結(jié)構(gòu)中，而聚合物基體的多孔結(jié)構(gòu)無法阻止液態(tài)電解質(zhì)與熱力學(xué)不穩(wěn)定的鋰金屬之間的反應(yīng)。同時，存儲的液態(tài)電解質(zhì)仍然存在安全隱患。

圖1 電解質(zhì)設(shè)計

上海交通大學(xué)王久林等設(shè)計制備了阻燃聚合物聚酰亞胺(PI)，可將經(jīng)典碳酸酯液態(tài)電解液膠凝形成阻燃凝膠聚合物電解質(zhì)，從而大大提高電池的安全性。研究發(fā)現(xiàn)，PI鏈中的三氟甲基提供了負電環(huán)境，有利于Li⁺的轉(zhuǎn)移，從而提高了鋰離子轉(zhuǎn)移數(shù)（0.727）。

更重要的是，芳香苯環(huán)作為H受體，溶劑的烷基作為H供體，形成CH/π相互作用，促進Li⁺/溶劑的弱相互作用，從而減少鋰金屬與電解質(zhì)之間的寄生反應(yīng)，促進鋰離子的均勻沉積。

圖2 凝膠聚合物電解質(zhì)的物化性質(zhì)

受益于上述優(yōu)勢，所提出的阻燃凝膠聚合物電解質(zhì)與硫含量超過48%的Li-SPAN電池具有很高的兼容性，為安全的Li-S電池帶來了巨大的希望。特別是，Li-SPAN在凝膠聚合物電解質(zhì)中表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.2C下循環(huán)200圈后保持了相對于第二圈92.8%的容量?？傮w而言，所設(shè)計的凝膠聚合物電解質(zhì)為Li-S電池的應(yīng)用提供了可能。

圖3 Li-SPAN電池的性能

Gel electrolyte with flame retardant polymer stabilizing lithium metal towards lithium-sulfur battery. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102885

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